Tính toán dinh dưỡng trong kỹ thuật thủy canh

Tính toán dinh dưỡng trong kỹ thuật thủy canh

Mọi vật chất trên trái đất đều được tạo ra nhờ sự kết hợp của các chất khác nhau
được biết đến dưới tên gọi là các nguyên tố hóa học. Có trên 100 nguyên tố hóa
học, nhưng trong kỹ thuật thủy canh chúng ta chỉ làm quen trực tiếp với khoảng
16 nguyên tố.

Các muối đều gồm nhiều phân tử do các nguyên tử tạo ra. Ví dụ: kali sunfat là một trong các muối cung cấp K trong dung dịch dinh dưỡng. Mỗi phân tử muối này bao gồm: 2 nguyên tử K, 1 nguyên tử S và 4 nguyên tử O, công thức phân tử của nó là K2SO4. Khối lượng phân tử được tính bằng tổng khối lượng của các nguyên tử thành phần: M K2SO4 = 2*39 + 32 +16*4 = 174

Như vậy, biết công thức phân tử ta có thể biết được khối lượng phân tử và do đó có thể tính được lượng muối cần thiết cho dung dịch dinh dưỡng.

Nồng độ muối trong nước có thể được biểu diễn bằng nhiều cách chẳng hạn bằng ppm, mg/l, g/l…Trong đó đơn vị thường được sử dụng trong pha chế dung dịch thủy canh là ppm. Phần triệu (ppm) chính là số gam muối có trong một triệu gam nước; do 1 cm3 nước nặng 1g nên tính theo một triệu cm3 nước (1000 lít).

Ví dụ: trong công thức dinh dưỡng nitơ 180 ppm có nghĩa là trong 1000 lít nước có 180 gam nitơ (ở dạng muối) hòa tan trong đó. Để quy đổi ra khối lượng muối cần sử dụng, đầu tiên ta chọn muối để cung cấp N, sau đó thực hiện các bước tính toán. Ví dụ: chọn amoni sunfat tiến hành tính toán như sau:

  • Trước hết viết CTPT: (NH4)2SO4
  • Tính khối lượng phân tử:

                M = 2*14 +8*1+ 32 + 4*16 = 132

  • Tính % khối lượng N trong phân tử: (2*14/132) * 100 = 21,3%.
  • Từ tỉ lệ phần trăm này tính ra nồng độ muối theo yêu cầu để có được 180 ppm nitơ: (180/2,13) *100 = 845ppm

        Đó cũng chính là lượng amoni sunfat tính bằng gam cần được hòa tan trong 1000 lít nước để cung cấp 180g nitơ (180 ppm).

Bốn bước cơ bản trên đây có thể áp dụng để tính toán lượng muối bất kì yêu cầu đối với một nguyên tố bất kì. Ví dụ: amoni đihidrophotphat cung cấp cả 2 nguyên tố P và N trong công thức dinh dưỡng. Cần lưu ý một số muối có dạng khác nhau, ví dụ magie sunfat thường được sử dụng dưới dạng MgSO4.7H2O, nhưng cũng có thể dung muối MgSO4. Trước khi tính tổng nồng độ ppm của nguyên tố phải biết chính xác CTPT của muối dự định sử dụng.

Khó có thể tìm ra một công thức dinh dưỡng lí tưởng bởi vì có nhiều tài liệu đưa ra những công thức khác nhau, vì thế người ta chỉ có thể biết được giới hạn tối ưu của mỗi nguyên tố dinh dưỡng.

       

Ngoài ra còn 2 yếu tố khác đóng vai trò quan trọng để quyết định dùng công thức nào.

  • Trước hết là điều kiện khí hậu, tỉ lệ K/N là quan trọng nhất bởi vì nó thay đổi theo khí hậu. Vào mùa hè trời nắng ngày dài, cây cần nhiều N và ít K hơn so với mùa đông trời tối ngày ngắn. Trong thực tế nói chung vào mùa đông tỉ lệ K/N thường gấp đôi để cây phát triển cứng cáp trong mùa đông.
  • Thứ hai là dựa vào đặc điểm loại cây trồng cần phát triển lá hay không mà đưa ra một công thức dinh dưỡng phù hợp. Ví dụ: Rau xà lách và bắp cải cần một lượng nitơ cao hơn cây cà chua. Nhưng nói chung dùng chất dinh dưỡng hỗn hợp hầu như rất tốt cho tất cả các cây trông ở những vùng khác nhau nếu đảm bảo:
    • Giá trị pH phải được điều chỉnh đúng.
    • Những hỗn hợp dùng cho mùa đông và mùa hè phải phù hợp với thời vụ.

Các nguyên tố chính có thể kết hợp với O hoặc H trong các nhóm gốc. Ví dụ: N được tìm thấy trong muối có gốc amoni (NH4+) và gốc nitrat (NO3-). Dù ở dạng nào thì cây cũng tiêu thụ dung dịch đó vì vậy không quá 20% N ở dạng amoni trong công thức. Đặc biệt khi trời nhiều mây thì N ở dạng amoni phải được giữ ở mức tối thiểu. Nitơ amoni ở dạng amoni sunfat giúp duy trì dung dịch nghiêng về pH axit.

Trong gốc photphat (PO43-) có chứa P. Do có nhiều có nhiều loại muối photphat, đặc biệt là các muối photphat của những nguyên tố vi lượng tạo kết tủa ở nồng độ cao vì vậy cần phải duy trì nồng độ P càng thấp càng tốt kết hợp với việc cung cấp hợp lí.

Ngoài những nguyên tố vi lượng là Fe, Mn, Cu, B, Zn và Mo còn có những nguyên tố khác như Al, Cl, Si, Na cũng là những vi lượng cần cho cây. Nhưng phải có những quy định chung về mức độ sử dụng vi lượng, vì dư lượng của chúng có thể gây độc cho cây trồng. Do vậy cần phải kiểm soát chặt chẽ nồng độ vi lượng trong dung dịch dinh dưỡng.

Tham khảo thêm Bảng mức tối thiểu, tối đa và tối ưu nồng độ các nguyên tố vi lượng trong dung dịch dinh dưỡng.

Vì các nguyên tố vi lượng đòi hỏi nồng độ nhỏ như vậy nên khi pha trộn hợp chất của chúng vào dung dịch dinh dưỡng sẽ gặp khó khăn cho người không có chuyên môn về hóa học. Nhiều tác giả đề xuất sử dụng pha thành 2 dung dịch: một dung dịch chứa các nguyên tố vi lượng, một dung dịch chứa Fe và các nguyên tố còn lại.

Ví dụ: muốn pha chế 10 lít dung dịch dinh dưỡng cần tiến hành các bước sau:

  • Bước 1: Tính toán lượng muối yêu cầu để có được lượng nguyên tố vi lượng cần. Giả sử muối mangan sunfat là một trong những muối có thể dùng để cung cấp Mn thì trước tiên phải cân trọng lượng muối này để có được nồng độ Mn là 0,5 ppm.
  • Bước 2: tiến hành tính toán
    • CTPT: MnSO4.4H2
    • Tính khối lượng phân tử: M = 55 + 32 + 4*16 + 4*18 = 223
    • Tính % khối lượng Mn trong phân tử: (55/223) *100 = 24,7%
    • Nồng độ muối mangan sunfat ngậm nước yêu cầu để được 0,5 ppm Mn trong dung dịch : (0.5/24.7) *100 = 2ppm

             Nói cách khác là hòa tan 2g MnSO4.4H2O trong một lít nước cùng với 1 số muối khác có tỉ lệ tương ứng. Sau đó lấy 10ml dung dịch này pha loãng với nước đến thể tích 10 lít ta được dung dịch dinh dưỡng cuối cùng có chứa Mn 0,5 ppm. Với các muối khác ta cung thực hiện các tính toán tương tự.

Lưu ý: Người ta thường pha Fe thành dạng chelat Fe để hạn chế sự mất Fe, dạng chelat thường được sử dụng trong dung dịch thủy canh là Fe-EDTA.

Đối với các nguyên tố đa lượng ta cũng làm các tính toán tương tự.