Thủy canh: Giải pháp nông nghiệp tuần hoàn ở Singapore

Nông nghiệp thủy canh

Không giống như nông nghiệp trên đất truyền thống, phương pháp thủy canh trồng cây bằng cách sử dụng các dung dịch dinh dưỡng trong nước, nên mang lại nhiều lợi ích cho môi trường: như tồn nước, giảm dùng thuốc trừ sâu, tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm đất nên trở nên bền vững hơn.

Khoa học ước tính, đến năm 2050, con người cần tăng sản lượng lương thực lên tới 70% mới có thể đáp ứng nhu cầu vào giai đoạn này. Nếu chỉ dựa trên sản lượng nông nghiệp truyền thống, chúng ta không có cơ hội đáp ứng những nhu cầu này.

Thủy canh (Hydroponics) là một trong những nghề làm vườn hiện đại, không dùng đất mà trồng trực tiếp vào môi trường dinh dưỡng hoặc giá. Các giá này có thể là cát, trấu, vỏ xơ dừa, than bùn, vermiculite perlite (vật liệu nhẹ, vô trùng và trơ, không cháy.)… Ngành này thường được định nghĩa như là "trồng cây trong nước" hoặc "trồng cây không cần đất". Bí quyết của kỹ thuật này là cung cấp đủ và đúng lúc cho cây trồng các nguyên tố khoáng cần thiết, giúp cây trồng có thể phát triển khỏe mạnh theo ý muốn của con người.

Nếu không kể phần nước "uống", cây chỉ lấy khoảng 5% chất dinh dưỡng từ đất để "ăn", 95% chất dinh dưỡng còn lại "nhà máy cây" tự sản xuất (quang hợp) và tự tiêu thụ. Đất chỉ đóng vai trò như cái kho lưu giữ các chất dinh dưỡng để cây dùng từ từ.

Nếu có cách để dự trữ và biến các chất dinh dưỡng thành dung dịch lỏng để cây trực tiếp hấp thụ, cái "kho đất" không còn cần thiết nữa. Khi đó ta hoàn toàn có thể trồng cây không cần đất, vì vậy kỹ thuật này gọi là thủy canh.

Lợi ích môi trường của nông nghiệp dựa trên thủy canh

Bảo tồn nước

Ai cũng nghĩ “thủy canh” sẽ sử dụng nhiều nước, nhưng thực tế, ngược lại. Hệ thống thủy canh thực chất là tái chế và tái sử dụng nước, giúp giảm thiểu chất thải và sử dụng ít nước so với các phương pháp canh tác trên đất truyền thống.

Những nhà kính này cũng sử dụng hệ thống tưới nước cung cấp nước trực tiếp cho rễ cây, nghĩa là ít hoặc không có sự bốc hơi hoặc dòng chảy và cây chỉ nhận được lượng nước chính xác mà chúng cần. Vì vậy thủy canh giúp giảm lượng nước sử dụng tới 10 lần so với các phương pháp canh tác truyền thống.

Tiết kiệm năng lượng

Hệ thống thủy canh vốn đã tiết kiệm năng lượng vì nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng được kiểm soát được quản lý cẩn thận để tối ưu hóa sự phát triển của cây trồng, giảm nhu cầu năng lượng mà vẫn duy trì điều kiện phát triển tối ưu. Đèn LED trồng trọt tiết kiệm năng lượng hơn và có thể được tùy chỉnh theo quang phổ ánh sáng cụ thể mà cây trồng cần.

Hệ thống thủy canh đồng nghĩa tái tuần hoàn nước và chất dinh dưỡng, nên cần ít năng lượng hơn để bơm và phân phối nước. Cuối cùng, nhiều nhà kính thủy canh sử dụng hệ thống sưởi ấm và làm mát tiết kiệm năng lượng, sử dụng ít năng lượng hơn cả nhà kính truyền thống.

Sử dụng ít thuốc trừ sâu hơn

Hệ thống thủy canh ít bị sâu bệnh tấn công, nên giảm nhu cầu sử dụng thuốc trừ sâu, ít hóa chất ngấm vào môi trường, an toàn cho con người lẫn động vật. Nhiều nghiên cứu cho thấy thuốc trừ sâu có thể lây lan nhờ gió, xâm nhập vào hệ thống nước ngầm và có thể tiêu diệt côn trùng, chim và động vật thủy sinh. Ngoài ra, cỏ dại cũng không mọc lên nên không cần tới thuốc diệt cỏ.

Nhiều trang trại thủy canh nằm gần - hoặc thậm chí ở ngay các trung tâm đô thị, cần ít đất hơn và tiếp cận dễ dàng hơn, nhất là những cộng đồng không có sẵn sản phẩm tươi.

Giảm sử dụng đất

Hệ thống thủy canh được xây dựng theo chiều dọc, chiếm ít không gian nên giảm thiểu việc sử dụng đất. Trên thực tế, một nhà kính thủy canh chỉ sử dụng 1,5 mẫu Anh có thể sản xuất 2,7 triệu khẩu phần rau xanh mỗi năm (1 khẩu phần hay xuất ăn vào khoảng 75-100 gram).

Giảm lượng khí thải carbon

Nhiều trang trại thủy canh nằm gần - hoặc thậm chí ở - các trung tâm đô thị, yêu cầu sử dụng ít đất hơn và tiếp cận dễ dàng hơn đối với những cộng đồng không có sẵn sản phẩm tươi, giảm nhập khẩu, giảm chi phí và tạo ra nhiều lợi ích thiết thực cho cuộc sống.

Nghề làm vườn hiện đại, bền vững

Hệ thống thủy canh tạo ra môi trường phát triển tối ưu cho phép cây trồng tươi tốt quanh năm, cho dù ở bất kỳ địa điểm nào. Điều này, kết hợp với việc kiểm soát tốt hơn việc cung cấp chất dinh dưỡng, có thể mang lại năng suất cao hơn so với các phương pháp canh tác truyền thống.

Một số công ty báo cáo rằng họ có thể tăng số lượng cây trồng gấp 240 lần bằng thủy canh so với các trang trại truyền thống. Thủy canh cũng có thể giúp theo dõi sức khỏe và tiến trình của cây trồng, cho phép nhà kính sản xuất sản phẩm lành mạnh hơn, nhanh hơn.

Cũng giống như canh tác truyền thống thủy canh vẫn còn tồn tại những nhược bất như:

Chi phí ban đầu cao dẫn đến tổn thất tài chính đáng kể. Nhà kính thủy canh phụ thuộc nhiều vào công nghệ để duy trì điều kiện phát triển tối ưu, do đó, việc mất điện có thể gây thiệt hại cho cây trồng. Bất lợi về sử dụng hóa chất để điều chỉnh độ pH và nhiều vấn đề khác, vì vậy người lao động phải được đào tạo về cách xử lý hóa chất một cách an toàn, kể cả cho môi trường lẫn bản thân họ.

Về tổng thể, thủy canh mang lại nhiều lợi ích hơn rất nhiều so với bất lợi nên nó được xem là nghề làm vườn hiện đại, đưa giúp nông nghiệp phát triển vững hơn, thỏa mãn nhu cầu càng cao về lương thực trong tương lai.

Cách sử dụng bọt biển keratin trong thủy canh ở Singapore

Theo Cơ quan Thực phẩm Singapore (SFA), chỉ có 1% đất của Singapore được dành cho nông nghiệp, nên hơn 90% thực phẩm tiêu thụ ở Singapore là nhập khẩu.

"Để giảm sự phụ thuộc vào các quốc gia khác và đảm bảo an ninh lương thực. SFA đã đưa ra nhiều giải pháp nhằm đa dạng hóa nguồn thực phẩm và thúc đẩy sản xuất địa phương, trong số này có thủy canh, phấn đấu sớm đạt mục tiêu '30 x 30', tức là xây dựng năng lực để sản xuất 30% nhu cầu dinh dưỡng tại chỗ nhưng bền vững vào năm 2030”, nữ giám đốc Phân ban Giải pháp Thực phẩm Đô thị của SFA , Poh Bee Ling nói cùng báo giới.

Cũng theo nữ giám đốc Ling ở giai đoạn cuối của chuỗi cung ứng, SFA cung cấp kinh phí để hỗ trợ năng suất địa phương và áp dụng công nghệ giúp nông dân có thể xây dựng năng lực của mình để đạt được mục tiêu về một hệ thống nông nghiệp công nghệ cao, đổi mới và bền vững, sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên đất đai khan hiếm.

Tại Singapore canh tác thủy canh là giải pháp quan trọng giúp Singapore khắc phục nạn hiếm đất và nước. Thủy canh có thể giúp tận dụng được không gian như trên mái nhà hoặc bên trong các tòa nhà. Ngoài ra, nó còn cho phép người trồng tối ưu hóa điều kiện môi trường để cải thiện năng suất, chất lượng hoặc hương vị.

Một trong những nhược điểm lớn nhất của thủy canh là nó sử dụng các khối polyurethane không thể tái chế để hỗ trợ cây trồng trong quá trình sinh trưởng. Các nhà khoa học Singapore đang tìm kiếm các chất nền thay thế, bền vững mà không phải chịu thêm chi phí đầu vào. Mới đây, Đại học Công nghệ Nanyang (NTU) đã nghiên cứu một giải pháp để giải quyết thách thức này, đó là dùng bọt biển keratin (keratin sponges).

Theo nhóm nghiên cứu của NTU, nhiều vật liệu hiện được sử dụng trong canh tác thủy canh không thể tái chế, phân hủy sinh học. Do đặc tính là nguyên liệu bẩm sinh, có nghĩa, chúng không tự cung cấp bất kỳ chất dinh dưỡng nào cho cây trồng nên gây bất lợi cho cây trồng lẫn môi trường.

Giáo sư, tiến sĩ Ng Kee Woei trưởng nhóm nghiên cứu tại NTU cùng các cộng sự đã tiến hành nghiên cứu, kết hợp thành công cellulose từ chất thải thực vật với chiết xuất keratin để tạo ra miếng bọt biển để trồng cây thủy canh. Keratin có thể được lấy từ một số nguồn chất thải sinh học, bao gồm tóc, móng guốc, lông vũ, len và sừng. Những vật liệu này có giá trị như một đầu vào bền vững, có thể tiêu thụ được trong chính các hệ thống canh tác.

Trước nghiên cứu của NTU, Đại học Bonn (Đức) cũng thực hiện nghiên cứu tương tự, phát hiện thấy các nguồn tài nguyên sinh học, bao gồm chất thải và nguyên liệu thô có thể tái tạo, là phương tiện phát triển tiềm năng cho các hệ thống không cần đất. Phân hữu cơ từ rác thải tạp hóa, than sinh học và sợi gỗ là những ví dụ về nguồn tài nguyên sinh học đã được sử dụng thành công làm chất nền tăng trưởng thủy canh.

Là một nguồn tài nguyên sinh học, keratin hoàn toàn có khả năng phân hủy dễ dàng trong tự nhiên. Nó là protein, khi phân hủy, chúng giải phóng các axit amin mà bản thân chúng trở thành một phần cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng. Tuy nhiên, việc nhân rộng giải pháp này ở Singapore cũng gặp phải nhiều rào cản. “Thách thức số một là thiếu nguồn cung keratin. Nếu muốn thương mại hóa sản phẩm này, cần phải có một nhà sản xuất có thể cung cấp cho chúng tôi nguồn cung cấp chất lượng ổn định và số lượng lớn keratin.

Tại thời điểm này, nếu so sánh chi phí, miếng bọt biển mang lại rất nhiều lợi thế cho nông dân. Nó tiết kiệm rất nhiều chi phí mà người nông dân thực sự có thể hưởng lợi từ việc họ sử dụng bọt biển làm từ keratin.

Còn về tương lai, bằng cách áp dụng công nghệ và các tính năng canh tác thông minh, NTU có thể xây dựng năng lực và năng lực cho ngành nông nghiệp - thực phẩm đồng thời tăng cường an ninh lương thực của Singapore trong bối cảnh khí hậu biến đổi cực đoan như hiện nay”, trưởng nhóm nghiên cứu Ng Kee Woei khẳng định thêm.