Nghiên cứu không gian: Có khả thi để tái sử dụng nước thải có độ mặn cao làm môi trường dinh dưỡng thực vật cho thủy canh không?
Biểu hiện sinh trưởng của 4 đĩa cấy trong quá trình thí nghiệm. Ảnh: Không gian: Khoa học & Công nghệ
Chu trình nước là một phần quan trọng của hệ thống hỗ trợ sự sống sinh thái có kiểm soát (CELSS). Nó liên quan đến việc cung cấp nước uống và nước tưới cây, tái chế nước tiểu, nước thải vệ sinh và nước ngưng tụ không khí. Sử dụng nước tiểu và nước thải vệ sinh để tưới cây là một hình thức tái sử dụng nước thải hiệu quả, nhưng có ba thách thức chính.
Thứ nhất, một số hàm lượng muối trong nước thải, đặc biệt là natri clorua, cao nhưng không cần thiết cho sự phát triển của thực vật và có thể ức chế sự phát triển của thực vật.
Thứ hai, nước thải chứa các thành phần hữu cơ như chất hoạt động bề mặt cũng có tác động tiêu cực đến sự phát triển của thực vật.
Thứ ba, nếu nước thải được sử dụng làm nguồn dinh dưỡng chính, thì tỷ lệ các nguyên tố khoáng trong nước thải có thể không phù hợp với tỷ lệ nhu cầu phát triển của thực vật, điều này cũng sẽ ảnh hưởng đến sự phát triển bình thường của thực vật.
Trong một bài nghiên cứu được xuất bản gần đây trên Space: Science & Technology, Liangchang Zhang đã xác minh tính khả thi của việc tái sử dụng nước thải đã qua xử lý (bao gồm cả nước thải vệ sinh và nước thải nước tiểu) làm môi trường thủy canh cho cây trồng.
Hai giá thể thủy canh được sử dụng để trồng thủy canh. Một là môi trường tái sử dụng được chuẩn bị bằng cách thu hồi nước thải sinh hoạt từ CELSS, và hai là dung dịch dinh dưỡng thực vật tiêu chuẩn Hoagland. Môi trường tái sử dụng có nồng độ nitơ (N) và kali (K) cao hơn và nồng độ magie (Mg) và lưu huỳnh (S) gần bằng nhau.
Độ pH và EC của môi trường thủy canh. Ảnh: Không gian: Khoa học & Công nghệ
Hai loại cây trồng, apium Graveolens Linn (cần tây) và mesembryanthemum cordifolium L.F. (cordifolium) đã được chọn trong nghiên cứu này, cho thấy khả năng chịu mặn tốt trong nghiên cứu trước đây. Cần tây được trồng trong hộp A và C, trong khi cỏ roi ngựa được trồng trong hộp B và D. Đối với hộp A và B, cây được trồng bằng môi trường tái sử dụng và đối với hộp C và D, dung dịch dinh dưỡng Hoagland được sử dụng.
Cần tây được trồng trong môi trường tái sử dụng bị vàng và héo nghiêm trọng trong 23 ngày đầu tiên; một dung dịch đậm đặc chứa các nguyên tố vi chất dinh dưỡng đã được thêm vào bể tuần hoàn của hộp canh tác tương ứng vào ngày thứ 24 để thúc đẩy nồng độ nguyên tố vi lượng ngang bằng với môi trường Hoagland. Sau đó, cần tây mọc chồi xanh mới vào ngày thứ 32 và hình dáng khôi phục hoàn toàn vào ngày thứ 43.
Giống như cần tây, cây cỏ roi ngựa được trồng trong môi trường tái sử dụng cho thấy triệu chứng thiếu vi lượng. Nhiều lá chuyển sang màu xanh vàng ảm đạm, và hình dạng lá cây trở lại bình thường sau khi bổ sung dung dịch vi chất dinh dưỡng đậm đặc.
Trong toàn bộ thời kỳ sinh trưởng, cần tây và cỏ roi ngựa có thể được trồng bằng cách sử dụng nước thải thu hồi có bổ sung các nguyên tố vi lượng. Hơn nữa, cordifolium được trồng trong môi trường tái sử dụng cho thấy hiệu suất tốt hơn so với trong dung dịch dinh dưỡng Hoagland tiêu chuẩn.
Nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và tích lũy NaCl trong sinh khối. Tín dụng: Không gian: Khoa học & Công nghệ
Độ pH của môi trường tái sử dụng, cho cả cần tây và cỏ roi ngựa, thấp hơn so với dung dịch dinh dưỡng Hoagland, do độ pH ban đầu tương đối thấp hơn trong nước thải thu hồi; mặt khác, nồng độ các nguyên tố khoáng (K, Na) tương đối cao hơn trong nước thải thu hồi và cây trồng đã hấp thụ một lượng lớn cation và giải phóng H+, do đó làm giảm độ pH của dung dịch dinh dưỡng.
Đối với cả hai loại cây trồng, môi trường tái sử dụng có độ dẫn điện tăng nhanh hơn so với dung dịch dinh dưỡng Hoagland, điều này cho thấy sự thoát hơi nước của cây được nuôi cấy bằng nước thải thu hồi mạnh hơn so với cây được nuôi bằng dung dịch dinh dưỡng Hoagland.
