Triển vọng ứng dụng chiếu sáng LED trong nông nghiệp công nghệ cao ở Việt Nam

1064

Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu tác động của ánh sáng đối với cây trồng. Các nghiên cứu đều chỉ ra vai trò to lớn của ánh sáng và việc cải tiến công nghệ chiếu sáng cho cây trồng. Ở Việt Nam, nhằm phục vụ nông nghiệp công nghệ cao, các nghiên cứu loại này cũng đang được quan tâm nhiều.

Năm 2012, GS-TS Nguyễn Quang Thạch và cộng sự tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã
nghiên cứu tác động của đèn chiếu sáng (đèn sợi đốt, đèn HID, đèn huỳnh quang R/B, đèn CFLR) cho cúc ở vườn nhân giống và vườn sản xuất thương phẩm. Kết quả cho thấy chiếu sáng bổ sung có ảnh hưởng rõ rệt (số ngày thu hoạch giảm, lượng ngọn tăng 4 lần so với không chiếu sáng bổ sung. Trong các công thức chiếu sáng bổ sung, công thức đèn HID cho hiệu quả cao nhất (số ngày giữa 2 lần cắt ngọn ngắn nhất, số ngọn trung bình thu được cao nhất), tiêu phí điện năng thấp nhất (giảm 71% so với dùng đèn sợi đốt).

Rau trồng trong nhà chiếu sáng bằng đèn LED
Rau trồng trong nhà chiếu sáng bằng đèn LED

Các nhà khoa học cũng đã nghiên cứu xác định hệ thống chiếu sáng thích hợp cho một số loại giống cây trồng (khoai tây, chuối…). Kết quả cho thấy đèn chiếu sáng tối ưu cho cả hai giống khoai tây Atlantic và PO7 là đèn huỳnh quang chuyên dụng có tăng cường bức xạ vùng đỏ và xanh lam, tiết kiệm 33% điện năng tiêu thụ so với đèn huỳnh quang thường, balast sắt từ .
Các nhà khoa học Học viện Nông nghiệp Việt Nam và Trường đại học Cần Thơ đã hợp tác cùng nhà sản xuất bóng đèn trong nước nghiên cứu chế tạo, áp dụng một số loại đèn huỳnh quang cho kích thích sinh trưởng cây nhân giống bằng phương pháp nuôi cấy mô và chiếu sáng bổ sung cho cây rau ăn lá trồng trong nhà lưới, nhà màng bị hạn chế ánh sáng tự nhiên. Đó là hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn HQ chuyên dụng cho phòng nuôi cấy mô tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam và thí nghiệm trồng rau sạch tại Trường đại học Cần Thơ; hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn CFLR trên cánh đồng hoa cúc tại Tây Tựu, Hà Nội và thanh long tại Bình Thuận.
Nhược điểm chung các loại đèn đó là tiêu thụ năng lượng cao.
Với sự phát triển công nghệ, đèn LED đã được các nhà khoa học nghiên cứu, đưa vào sử dụng trong nông nghiệp ở nhiều nước.
Ở Việt Nam, từ năm 2003, ông Dương Tấn Nhựt nghiên cứu đáp ứng của cây dâu tây. Cây dâu tây sinh trưởng bình thường dưới điều kiện chiếu sáng với tỷ lệ ánh sáng đỏ/xanh khác nhau, gồm: 90% ánh sáng LED đỏ + 10% ánh sáng LED xanh, 80% ánh sáng LED đỏ + 20% ánh sáng LED xanh, 70% ánh sáng LED đỏ + 30% ánh sáng LED xanh ở cường độ bức xạ quang hợp bằng 45 ^mol . m-2.s-1. Trong đó, dưới điều kiện chiếu sáng 70% ánh sáng LED đỏ + 30% ánh sáng LED xanh, các chỉ tiêu đánh giá sự sinh trưởng của cây dâu tây đều tốt hơn so với các điều kiện chiếu sáng còn lại. Cùng năm 2003, ông Nhật tiếp tục nghiên cứu sự sinh trưởng và phát triển của cây chuối nuôi cấy mô dưới nguồn ánh sáng đơn sắc LED đỏ và xanh dương với tỷ lệ đèn LED khác nhau. Kết quả, cây chuối sinh trưởng và phát triển tốt dưới điều kiện chiếu sáng 80% ánh sáng đỏ + 20% ánh sáng xanh và tiếp tục sinh trưởng tốt sau ba tuần trồng ngoài vườn ươm.
Nhân giống hoa cúc sử dụng nguồn sáng LED cũng được nghiên cứu ở nhiều nơi. Trong nghiên cứu của Dương Tấn Nhựt, Nguyễn Bá Nam (2009), chồi cúc được nuôi cấy trong các điều kiện chiếu sáng khác nhau: 100% LED đỏ, 100% LED xanh, 50% LED đỏ + 50% LED xanh, 70% LED đỏ + 30% LED xanh, 80% LED đỏ + 20% LED xanh, 90% LED đỏ + 10% LED xanh và ánh sáng đèn huỳnh quang (neon). Kết quả, chồi cúc phát triển tốt nhất dưới điều kiện chiếu sáng 90% ánh sáng LED đỏ kết hợp 10% ánh sáng LED xanh; khả năng sinh trưởng, phát triển tốt hơn trong điều kiện vườn ươm so với các cây ở điều kiện chiếu sáng còn lại .
Nghiên cứu ảnh hưởng của LED đỏ và LED xanh lên sự tăng trưởng của địa lan nuôi cấy mô được tác giả Lê Thị Xuân công bố năm 2012. Kết quả, sự tăng trưởng lá, hàm lượng diệp lục, trọng lượng tươi của cây đều chịu ảnh hưởng của ánh sáng LED. LED đỏ thúc đẩy tăng trưởng lá nhưng làm giảm lượng diệp lục; tuy nhiên, diệp lục được phục hồi với LED xanh.
Năm 2012 – 2015, GS-TS Phan Hồng Khôi (Viện hàn lâm Khoa học & Công nghệ VN) chủ trì thực hiện đề tài TN3/C09, Nghiên cứu phát triển công nghệ chiếu sáng LED phục vụ nông nghiệp Tây Nguyên đã có một số kết quả: Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các loại đèn LED sử dụng đi-ốt phát quang nhập ngoại, đạt mục tiêu tiết kiệm năng lượng, chất lượng tốt, tuổi thọ cao, phù hợp từng đối tượng cây trồng, nhất là các cây có giá trị cao…; từ đó thiết kế, chế tạo giàn, buồng nuôi cấy mô/nhân nuôi cây giống sử dụng đèn LED phục vụ nông nghiệp Tây Nguyên. Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống chiếu sáng LED trong nhân giống và điều khiển quá trình sinh trưởng phát triển cho một số loại cây, nhằm nâng cao chất lượng cây giống, giảm chi phí sản xuất cây giống (nhờ tiết kiệm năng lượng phát sáng và làm mát), tăng tỷ lệ sống sót của cây ngoài vườn ươm. Loại đèn LED chuyên dụng chiếu sáng điều khiển ra hoa cây cúc đã giảm công suất tiêu thụ tới trên 80% so với đèn Compact và thời gian chiếu sáng chỉ còn nửa giờ, thậm chí ít hơn, trong khi nông dân thường chiếu sáng 8 giờ mỗi đêm.
Trong nông nghiệp, đèn LED được ứng dụng ươm tạo giống cây, kích thích sinh trưởng cây trồng, cải thiện đáng kể mật độ cây trồng, có thể chiếu sáng gần mà không tạo hiệu ứng nhiệt gây hại cây trồng, cải thiện chất lượng nông sản, giúp tăng giá trị dinh dưỡng, giảm nồng độ nitrat trong rau quả.
Các trang trại trồng rau sạch trong nhà đang được phát triển nhiều tại Nhât Bản. Công ty Fujitsu đang trồng rau diếp tại các nhà máy ở Fukushima với các giá trồng cây thủy canh nhiều tầng được chiếu sáng nhân tạo hoàn toàn sử dụng loại đèn LED xanh đỏ. Ngoài hiệu quả tă ng năng suất, chất lượng cây rau sạch, hệ thống trang trại khép kín này còn tăng sản lượng trên mỗi đơn vị diện tích và có thể sản xuất ngay trong đô thị, giảm được chi phí vận chuyển từ nơi trồng trọt đến nơi
tiêu thụ.
Tại Singapore, trang trại trồng rau với mô hình khép kín như một nhà máy có thể điều khiển điều kiện môi trường vi khí hậu, nước và dinh dưỡng của hãng Panasonic được đặt ở ngoại ô; trong đó, cây rau được chiếu sáng bằng đèn LED màu hồng tím. Panasonic lên kế hoạch trồng hơn 30 loại rau củ tại đây cho đến tháng 3/2017, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu tại Singapore; họ dự kiến những sản phẩm trồng tại đây sẽ có giá bằng 1/2 so với nhập từ Nhật Bản. Các hãng Osram, Philips cũng thử nghiệm và triển khai các hệ thống chiếu sáng bằng LED với quy mô lớn trong nông nghiệp công nghệ cao, trồng cà chua và rau sạch.
Ở Việt Nam, hệ thống trồng rau sạch sử dụng đèn LED với các tỷ lệ ánh sáng xanh đỏ khác nhau được thử nghiệm tại một Đà Lạt và Cần Thơ cho thấy năng suất, chất lượng rau cao hơn hẳn so với đèn huỳnh quang thông thường, trong khi điện năng giảm đến 60%. Tuy nhiên, để xác định được loại đèn LED có tỷ lệ các thành phần phổ ánh sáng tối ưu cho mỗi loại cây trồng, cần tiếp tục nghiên cứu thêm. Một số cơ sở trồng thanh long ở các tỉnh phía nam nước ta cũng đã thử nghiệm đèn LED chiếu sáng kích thích ra hoa trái vụ. Tuy nhiên, các kết quả chưa khẳng định chắc chắn hiệu quả hơn hẳn của đèn LED đối với một số đèn thông dụng khác đang được nông dân sử dụng. Để khẳng định tính vượt trội của đèn LED trong chiếu sáng kích thích ra hoa trái vụ cho cây thanh long, cần phải thử nghiệm nhiều hơn, với các thành phần phổ và thời gian, thời điểm chiếu sáng khác nhau.
Với những ưu điểm vượt trội, đèn LED có tiềm năng rất lớn trong việc tăng năng suất và giảm giá thành trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao. Ngoài ra, sử dụng đèn LED trong sản xuất nông nghiệp công nghệ cao còn giúp giảm sử dụng hormon tăng trưởng kích thích cây trồng. Một số nghiên cứu cho thấy đèn LED còn có thể giảm hoặc hạn chế sử dụng chất bảo vệ thực vật; người lao động nông nghiệp không còn phải tiếp xúc hóa chất độc hại. Đèn LED ít sinh nhiệt chiếu tới cây trồng nên giảm hiện tượng bốc hơi và sẽ cần ít phân bón hơn; điều này cũng đồng nghĩa giảm tiếp xúc nhiều hóa chất khác. Việc giảm sử dụng hormon tăng trưởng, thuốc bảo vệ thực vật và phân bón trong các không gian giới hạn (nhà kính, nhà màng và trồng cây trong nhà kín) sẽ tạo môi trường trong lành hơn cho lao động nông nghiệp. Những ứng dụng đèn LED trong chăn nuôi, nuôi trồng, đánh bắt thủy sản cũng đã cho kết quả bước đầu khả quan, hứa hẹn hiệu quả tốt cả về năng suất và tiết kiệm năng lượng.

Ngoài ứng dụng chiếu sáng cho cây trồng trong nông nghiệp công nghệ cao, đèn LED còn được dùng trong chăn nuôi, thu hút bẫy bắt côn trùng gây hại mùa màng và phá hoại nông sản trong kho lưu trữ lương thực, chiếu sáng dẫn dụ trong đánh bắt hải sản, nuôi trồng thực vật thủy sinh làm sạch môi trường, làm nguyên liệu chế biến thực phẩm chức năng, làm thức ăn thủy sản…

Ngô Văn Quyền
(Trung tâm Nghiên cứu, Tư vấn chiếu sáng – Hội Chiếu sáng Việt Nam)