Các nhà nghiên cứu phát triển "đất dẫn điện” giúp tăng trưởng cây trồng

Eleni Stavrinidou, phó giáo sư, đồng thời là người quản lý nghiên cứu và nghiên cứu sinh Alexandra Sandéhn, một trong những tác giả chính, kết nối eSoil với nguồn năng lượng thấp để kích thích sự phát triển của cây trồng. Nguồn: Thor Balkhed.

Cây lúa mạch phát triển trung bình hơn 50% khi hệ thống rễ của chúng được kích thích bằng điện thông qua giá thể (substrate) trồng trọt mới. Trong một nghiên cứu được công bố trên kỷ yếu khoa học PNAS, các nhà nghiên cứu từ Đại học Linköping đã phát triển một loại “đất” dẫn điện để trồng cây không cần đất, được gọi là thủy canh.

“Dân số thế giới đang tăng lên và chúng ta cũng đang phải đối mặt với tình trạng biến đổi khí hậu. Vì vậy, chúng ta sẽ không thể đáp ứng nhu cầu lương thực của hành tinh chỉ bằng các phương pháp nông nghiệp hiện có. Nhưng với phương pháp thủy canh, chúng ta cũng có thể trồng lương thực ở thành thị trong môi trường được kiểm soát chặt chẽ”, Eleni Stavrinidou, phó giáo sư tại Phòng thí nghiệm Điện tử hữu cơ tại Đại học Linköping, đồng thời là lãnh đạo nhóm Thực vật Điện tử, cho biết.

Nhóm nghiên cứu của cô ấy hiện đã phát triển giá thể trồng trọt dẫn điện, phù hợp với canh tác thủy canh mà họ gọi là eSoil. Các nhà nghiên cứu của Đại học Linköping đã chỉ ra rằng cây lúa mạch được trồng trong “đất” dẫn điện đã tăng trưởng thêm tới 50% sau 15 ngày khi rễ của chúng được kích thích bằng điện.

Trồng thủy canh có nghĩa là trồng cây không cần đất, chỉ cần nước, chất dinh dưỡng và thứ gì đó mà rễ cây có thể bám vào - còn gọi là giá thể. Đây là một hệ thống khép kín cho phép tuần hoàn nước để mỗi cây con nhận được chính xác chất dinh dưỡng nó cần. Do đó, cần rất ít nước và tất cả chất dinh dưỡng vẫn còn trong hệ thống, điều này không thể thực hiện được trong canh tác truyền thống.

Cây lúa mạch phát triển trong eSoil, loại đất điện tử nhân tạo giúp cây con phát triển nhanh hơn. Nguồn: Thor Balkhed.

Có thể áp dụng biện pháp thủy canh trong canh tác thẳng đứng ở các tòa tháp lớn để tối đa hóa hiệu quả không gian. Các loại cây trồng đã được trồng theo cách này bao gồm rau diếp (lettuce), rau thảo mộc (herbs) và một vài loại rau khác. Các loại ngũ cốc thường không được trồng bằng phương pháp thủy canh ngoại trừ mục đích sử dụng làm thức ăn gia súc. Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu cho thấy cây lúa mạch (barley) có thể được trồng bằng phương pháp thủy canh và chúng có tốc độ phát triển tốt hơn nhờ kích thích điện.

“Bằng cách này, chúng tôi có thể khiến cây con phát triển nhanh hơn với ít tài nguyên hơn. Chúng tôi vẫn chưa biết nó thực sự hoạt động như thế nào, những cơ chế sinh học nào có liên quan. Những gì chúng tôi phát hiện ra là cây con xử lý đạm hiệu quả hơn, nhưng vẫn chưa rõ ràng kích thích điện tác động đến quá trình này như thế nào”, Starvrinidou nói.

Khoáng của bông (mineral wool) thường được sử dụng làm giá thể canh tác trong thủy canh. Chất này không chỉ không thể phân hủy sinh học mà còn được sản xuất bằng quy trình tốn rất nhiều năng lượng. Giá thể trồng trọt điện tử eSoil được làm từ cellulose, loại polymer sinh học phổ biến nhất, được phối trộn với một loại polymer dẫn điện có tên PEDOT. Sự kết hợp này không phải là mới, nhưng đây là lần đầu tiên nó được sử dụng để trồng cây và tạo ra sự kết nối cho cây trồng theo cách này.

Nghiên cứu trước đây đã sử dụng điện áp cao (high voltage) để kích thích rễ. Ưu điểm “đất” của các nhà nghiên cứu Linköping là nó có mức tiêu thụ năng lượng rất thấp và không có nguy hiểm của điện áp cao. Stavrinidou tin rằng khám phá mới này sẽ mở ra con đường cho các lĩnh vực nghiên cứu mới để phát triển hơn nữa phương pháp trồng thủy canh.

Cô khẳng định: “Chúng tôi không thể nói rằng thủy canh sẽ giải quyết được vấn đề an ninh lương thực. Nhưng nó chắc chắn có thể giúp ích đặc biệt ở những khu vực có ít đất canh tác và có điều kiện môi trường khắc nghiệt”.

Nguyễn Tiến Hải theo Phys.org