Ứng dụng Uv trong trồng rau

Sự ra đời của ánh sáng nhân tạo đã nâng tầm cuộc sống của con người lên một thứ bậc mới. Không chỉ được dùng để thắp sáng, ánh sáng nhân tạo còn mở ra hướng đi mới trong phát triển kinh tế. Ví dụ điển hình cho điều này chính là việc ứng dụng đèn Uv trong trồng rau.

Tia cực tím (UV) là gì?

Tia cực tím còn được gọi với tên gọi khác là tia Uv hay tia tử ngoại. Đây là bức xạ trên cả quang phổ nhìn thấy và không nhìn thấy, bước sóng càng ngắn thì càng ít khả năng nhìn thấy và có hại. Dựa trên lý thuyết đó, có thể chia ánh sáng chia cực tím thành 3 loại: Tia UV-A, UV-B và UV-C.

• Bức xạ UV-A (từ 315 đến 420 nm: Là loại ánh sáng màmắt người hầu như không nhìn thấy, UV-A có bước sóng dài nhất, ít gây hại cho mắt người nhất và hiệu quả nhất. Phần lớn bức xạ UV-A phát ra từ mặt trời đi qua tầng ôzôn và chiếu tới bề mặt Trái đất.
• Bức xạ UV-B (từ 280nm đến 315nm): Ánh sáng UV-B có bước sóng ngắn hơn, một phần của chúng bị hấp thụ bởi tầng ozone, phần còn lại chiếu tới bề mặt trái đất và gây ra những ảnh hưởng nhất định đến sức khỏe con người, chúng cũng mang đến hiệu quả cao trong việc diệt trừ bào tử nấm mốc.
• Bức xạ UV-C (thường dưới 280nm):Các bước sóng này thường được lọc qua tầng ôzôn và thường không có trong ánh sáng mặt trời khi đi tới Trái đất. Tuy nhiên, với liều lượng chính xác, UV-C trên thực tế có thể làm tăng sự phát triển của cây trồng. Bước sóng này giúp loại bỏ các loại vi sinh vật gây hại trong môi trường.

Tia UV được chia thành 3 loại với 3 mức bước sóng khác nhau

Vì sao ánh sáng Uv được sử dụng trong trồng rau?

Ngoài việc  mang đến hiệu quả khử trùng, loại bỏ các bào tử nấm mốc trên bề mặt lá, thân cây, Uv còn mang đến nhiều lợi ích khác. Ở liều lượng phù hợp, tia cực tím giúp thực vật và cây trồng sản xuất tinh dầu thực vật từ đó làm tăng hương vị và mùi của trái cây đồng thời giúp cây trồng tự bảo vệ khỏi tiếp xúc với tia cực tím quá mức.

Sự bảo vệ tự nhiên này đảm bảo rằng các quá trình bên trong của thực vật được bảo vệ và đảm bảo các điều kiện phát triển tối ưu. Trên thực tế, các loài cây có khả năng tự nhận biết mức tia cực tím cần thiết cho sự tăng trưởng và phát triển, khi ánh sáng đặt đến mức quá cao, chúng sẽ ngừng hấp thụ.

Tia cực tím nằm ngoài dải sóng hoạt động quang hợp (PAR – Tổng năng lượng mà cây trồng cần, 400 – 700nm), nhưng nó có hoạt tính sinh học và điều chỉnh sự phát triển của cây. Một số tác động tích cực phổ biến của tia cực tím đối với cây trồng bao gồm:

• Ức chế sự phát triển mở rộng (thân ngắn hơn và lá nhỏ hơn)
• Tăng độ dày của lá và độ sáp (lớp biểu bì dày hơn)
• Màu sắc lá đẹp hơn (đặc biệt đối với các loại cây có lá màu tía như xà lách lá đỏ).

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các cây chịu bức xạ tia cực tím có xu hướng ít sâu bệnh hơn, cho thấy sự gia tăng khả năng thụ phấn và tăng năng suất tổng thể.

Việc sử dụng ánh sáng tia cực tím trong trồng trọt sẽ giúp cây trồng tăng chiều cao. Tuy nhiên, nồng độ quá cao sẽ gây ra những ảnh hưởng tiêu cực như trên. Do đó, các chuyên gia khuyến cáo rằng, thời lượng 15 phút mỗi tuần là đủ để mang đến các lợi ích cho cây trồng.

Ánh sáng UV giúp giảm thiểu nguồn gây bệnh trên cây trồng

Lịch sử ứng dụng Uv trong trồng cây

Việc ứng dụng công nghệ Uv trong làm vườn đã được thực hiện từ nhiều năm trước đây. Người mở ra sáng kiến này là David M. Gadoury – nhà Bệnh học Thực vật tại Đại học Cornell, ông đã bắt đầu phát triển Uv trong trồng rau từ năm1985. Trong những năm sau đó, nhà khoa học này đã tiếp tục nghiên cứu và mở rộng ứng dụng này, mang lại hướng đi mới trong ngành nông nghiệp.

David M. Gadoury là một trong những người đầu tiên ứng dụng công nghệ UV trong trồng trọt

Không tự nhiên để M.Gadoury có được ý tưởng về việc ứng dụng đèn UV trong hoạt động trồng cây. Điều này được khơi dậy khi một người nông dân từng làm việc tại nhà máy sản xuất máy photocoppy đến và tham khảo ý kiến của M.Gadoury trong việc ứng dụng đèn cực tìm diệt khuẩn để ngăn chặn mầm bệnh tại trang trại nho của ông. Trước lời đề nghị thú vị của người nông dân, Gadoury và công sự của mình đã bắt đầu tìm hiểu về bệnh học thực vật và sự tương tác của chúng đối với ánh sáng.

Nhóm nghiên cứu bắt đầu thử nghiệm về cách ánh sáng UV ảnh hưởng đến một loại bệnh phấn trắng gây bệnh phổ biến trên nho. Mặc dù, kết quả thu được cho thấy, Uv có hiệu quả tích cực trong việc chống lại mầm bệnh nhưng cũng gây tác dụng xấu cho sự phát triển của nho. Nghiên cứu tiếp tục được tiến hành cho đến khi một sinh viên tại Na Uy đã phát hiện ra rằng việc sử dụng tia cực tím vào ban đêm cần liều lượng thấp hơn nhiều để ngăn chặn mầm bệnh mà không làm hỏng cây. Đây được xem là sự bứt phá, mở ra hướng đi mới cho việc ứng dụng công nghệ uv trong ngành nông nghiệp.

Hàng loạt nghiên cứu khác đã được thực hiện trong một thiên niên kỷ. Uv được thử nghiệm trong việc loại bỏ các mầm bệnh khác nhau, trên các loại cây trồng khác nhau. Theo thời gian, các nhược điểm được cải tiến, mang đến nhiều lợi ích cho người nông dân.

Theo nhóm nghiên cứu, vào ban ngày, tổn thương DNA từ các nguồn UV tự nhiên sẽ được sửa chữa ngay lập tức bởi hệ thống sinh hóa tự nhiên trong mầm bệnh. Hệ thống này được sạc lại bằng thành phần ánh sáng xanh của ánh sáng mặt trời tự nhiên. Điều đó có nghĩa là cơ chế sửa chữa tia cực tím không hoạt động vào ban đêm, đó là lý do tại sao phương pháp điều trị tia cực tím là tối ưu vào đêm.

Mặc dù có nhiều loại đèn UV khác nhau, Gadoury và nhóm của ông đã phát hiện ra rằng đèn phóng điện áp suất thấp có bước sóng ánh sáng ngắn hơn mang lại sự cân bằng tốt nhất giữa công suất và chi phí.

Sau khi thử nghiệm thành công trên các loại cây trồng trong nhà kính như dâu tây, húng quế, hương thảo, dưa chuột và cà chua, nhóm nghiên cứu đã sẵn sàng chuyển sang nghiên cứu thực địa. Tuy nhiên, thay vì ứng dụng trên nho, nhóm nghiên cứu cho rằng dâu tây là loại quả khởi đầu an toàn hơn. Nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng, thời gian cũng là một vấn đề đáng lo ngại vì việc sử dụng tia UV phải được hoàn thành trước bốn giờ chiều trước khi mặt trời mọc để ánh sáng có thể tiêu diệt mầm bệnh. Ở các vùng ôn đới, thời gian của đêm gần hạ chí có thể ít hơn tám giờ, chỉ còn bốn giờ để áp dụng phương pháp xử lý tia cực tím với hiệu quả tối ưu.

Các thử nghiệm thực tế đều cho thấy UV mang lại hiệu quả tích cực trong hoạt động trồng trọt (Hình ảnh minh hoạ)

Vui mừng trước kết quả của các cuộc thử nghiệm dâu tây, nhóm đã tiến hành hợp tác thử nghiệm trình diễn tại một vườn nho thương mại ở New York. Kết quả cho thấy, bệnh phấn trắng, bệnh sương mai đã được cải thiện đáng kể. Đèn Uv cũng làm giảm khả năng sinh sản của ve trưởng thành và làm chết hoàn toàn trứng mà không làm ảnh hưởng đến quá trình tăng trưởng của cây cũng như năng suất cây trồng

Rõ ràng, công nghệ Uv đã mở ra hướng đi mới cho ngành nông nghiệp nhưng các nhà khoa học cũng cảnh báo về liều lượng sử dụng giữa các mầm bệnh và các loài cây. Do đó, cần có sự cân nhắc, tính toán để có thể đưa ra giải pháp phù hợp nhất.

Những lợi ích mà ánh sáng UV-A, UV-B và UVC mang lại trong hoạt động trồng cây

Mặc dù, đối với con người UV-A đặc biệt gây hại, chúng có thể làm tổn thương mắt, da, thậm chí là nguyên nhân dẫn đến ung thư da nhưng với cây trồng, chúng mang đến những lợi ích nhất định. UV-A là bước sóng phổ biến nhất trong ánh sáng mặt trời được lọc / quang phổ đầy đủ do đó, chúng làm tăng hiệu quả quang hợp của thực vật. Điều này được thực hiện bằng cách nhắm mục tiêu vào các vùng Chlorophyll A và B trong cây hấp thụ lượng ánh sáng cao nhất trong phạm vi 400nm – 460nm. Khi được sử dụng kết hợp với các bước sóng đỏ xa (720 – 740 nm), chúng sẽ làm tăng đáng kể sự hấp thụ ánh sáng cần thiết cho quá trình quang hợp.

Một lợi ích khác của việc sử dụng UV-A trong sự phát triển của thực vật liên quan đến sự khác biệt trong cách một con ong nhìn thấy ánh sáng so với mắt người. Việc sử dụng UV-A giúp cải thiện môi trường phát triển và cho phép ong thụ phấn cho cây một cách dễ dàng.

UV-C và UV-B ít phổ biến hơn là UV-A, nhưng chúng cũng được sử dụng để khử nhiễm nước và bề mặt cây trồng vì nó tiêu diệt hầu như tất cả các vi sinh vật. Các bước sóng năng lượng cao này có thể được truyền đến cây trồng để tiêu diệt các mầm bệnh có thể cư trú trên lá. Tia cực tím cũng được côn trùng sử dụng để giúp điều hướng đến hoa. Nếu bên trong nhà kính hoàn toàn thiếu tia cực tím, các loài thụ phấn có thể gặp khó khăn trong việc xác định vị trí của hoa.

Tuy nhiên, một điều cần lưu ý là tất cả các yếu tố của tia cực tím (UV-A, UV-B và UV-C) đều có hại cho con người và các biện pháp phòng ngừa cần thiết phải được thực hiện khi hoạt động trong môi trường sử dụng đèn UV. Nông dân làm vườn không được nhìn thẳng vào ánh sáng và phải sử dụng đúng hệ thống quang học khi nó đang hoạt động.

Vai trò của tia cực tím đối với quá trình thụ phấn

Đi sâu hơn vào sự ảnh hưởng của tia cực tím đối với loài ong từ đó điều hướng việc thụ phấn cho cây trồng, điều này cũng đã được các nhà khoa học nghiên cứu và đưa ra khẳng định. Trên thực tế, tia cực tím rất cần thiết cho ong để sử dụng làm điểm tham chiếu trong quá trình thụ phấn. Trong một nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi USDA (Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ), các nhà nghiên cứu thấy rằng ong chịu trách nhiệm cho khoảng 80% quá trình thụ phấn và nếu không có tia cực tím, ong thường phải vật lộn trong quá trình tìm cây để thụ phấn và sẽ chết trước khi có thể hoàn thành tốt điều đó.

UV không chỉ giúp tiêu diệt mầm bệnh, chúng còn hỗ trợ quá trình thụ phấn trên cây

Cách thức hoạt động của các cơ quan thụ cảm của ong rất khác với cách hoạt động của mắt người. Trong khi mắt người nhạy cảm nhất với phần màu xanh lá cây của quang phổ, loài ong nhạy cảm hơn với mặt cực tím không nhìn thấy được của quang phổ. Vì vậy, tia cực tím thực sự tăng cường khả năng hiển thị của phấn hoa đối với các thụ thể của ong và chúng xuất hiện như một “mắt đỏ” để ong nhắm mục tiêu.

Một lý do khác khiến tia UV quan trọng đối với quá trình thụ phấn là ong có thể nhìn thấy ba chiều, cho phép chúng đánh giá độ sâu và khoảng cách tốt hơn, cũng như nhìn thấy toàn bộ chu vi của một vật thể. Tuy nhiên, đôi mắt của con người có xu hướng chỉ nhìn theo hai chiều, nghĩa là chúng ta chỉ có thể nhìn thấy mặt trước của một vật thể chứ không phải mặt sau. Do đó, nếu không có bước sóng tia cực tím, các cơ quan thụ cảm của ong sẽ không có điểm tham chiếu, khiến cho quá trình thụ phấn trở nên rất khó khăn.

Như vậy, ánh sáng cực tím mang đến nhiều lợi ích khác nhau cho sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng cũng như năng suất của cây. Điều này đã được chứng minh và nên được ứng dụng rộng rãi trong hoạt động nông nghiệp để mang đến lợi ích kinh tế cao hơn.