เทคโนโลยี นวัตกรรม สิ่งประดิษฐ์ วิศวกรรม เกษตรศาสตร์ >>
การปลูกพืชผักระบบไฮโดรโปนิกส์
จากเอกสารวิชาการ เรื่อง การปลูกพืชผักระบบไฮโดรโปนิกส์
จัดทำเอกสารโดย นางสาวขนิษฐา พงษ์ปรีชา สำนักงานส่งเสริมการเกษตรภาคตะวันตก
จังหวัดชลบุรี
ปัจจัยสำคัญที่สุดที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช
ในการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์นั้น
ปัจจัยสำคัญที่สุดที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชคือน้ำและธาตุอาหาร
เนื่องจากเป็นปัจจัยที่ผู้ปลูกจัดหาให้แก่พืชโดยตรงโดยการเตรียมสารละลายธาตุอาหาร
สามารถควบคุมปริมาณธาตุอาหารแต่ละชนิดให้เหมาะสมต่อความต้องการของพืชแต่ละชนิดได้
โดยทั่วไปธาตุอาหารที่พืชต้องการมีทั้งสิ้น 16 ธาตุ ซึ่ง 3 ธาตุ ได้แก่ คาร์บอน
ไฮโดรเจน และออกซิเจน ได้จากน้ำและอากาศ ส่วนอีก 13 ธาตุจะแบ่งเป็น 2
กลุ่มตามปริมาณที่พืชต้องการ คือ
1. ธาตุที่พืชต้องการในปริมาณมากหรือมหธาตุ (macronutrient elements)
คือธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตและพืชมีความต้องการในปริมาณมากเมื่อเทียบกับธาตุอื่นๆ มีทั้งหมด 6 ธาตุ ได้แก่
- ไนโตรเจน (N)
เป็นธาตุสำคัญและมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการเจริญเติบโตของพืชเพราะไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบของกรดอมิโน
โปรตีน นิวคลีโอไทด์ และคลอโรฟิลล์
ซึ่งสารเหล่านี้เป็นสารประกอบที่สำคัญมากต่อขบวนการเมตาโบลิซิมของพืช
พืชที่ได้รับไนโตรเจนเพียงพอจะเจริญเติบโตดี มีใบสีเขียวเข้ม ในพืชผัก
ไนโตรเจนมีส่วนสำคัญในการเพิ่มคุณภาพ เพราะเป็นตัวทำให้ผักมีลักษณะอวบน้ำ
พืชผักรับประทานต้นหรือใบจึงต้องการไนโตรเจนสูง เพื่อให้ต้นและใบมีความกรอบ
มีกากหรือเส้นใยน้อย ซึ่งเป็นลักษณะที่ผู้บริโภคต้องการ
ไนโตรเจนที่เป็นประโยชน์ต่อพืชจะอยู่ในรูปแอมโมเนียมอิออน (NH4+)
และไนเตรทอิออน (NO3-) แต่ไนโตรเจนส่วนใหญ่ในสารละลายจะอยู่ในรูปไนเตรทอิออน
เพราะแอมโมเนียมอิออนในปริมาณมากจะเป็นอัตรายต่อพืชได้
ในการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์
ควรมีสัดส่วนที่เหมาะสมระหว่างแอมโมเนียมอิออนและไนเตรทอิออน
ปริมาณแอมโมเนียมอิออนไม่ควรเกินร้อยละ 50
ของความเข้มข้นของไนโตรเจนทั้งหมดในสารละลาย
แต่สัดส่วนที่เหมาะสมมักใช้ไนเตรทอิออนร้อยละ 75 และแอมโมเนียมอิออนร้อยละ 25
สารเคมีที่ให้ไนเตรทอิออน คือ แคลเซี่ยมไนเตรท และโพแทสเซี่ยมไนเตรท
- ฟอสฟอรัส (P) ฟอสฟอรัสมีหน้าที่เกี่ยวกับการถ่ายเทพลังงาน
ซึ่งเป็นกระบวนการทางสรีรวิทยาที่สำคัญมาก
พลังงานที่ได้จากการสังเคราะห์แสงและเมตาโบลิซิมของสารประกอบคาร์โบไฮเดรตจะถูกเก็บไว้ในรูปของสารประกอบฟอสเฟต
(อะดิโนซีน ไตรฟอสเฟต, ATP) สำหรับใช้ในการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของพืช
นอกจากนั้นฟอสฟอรัสยังเป็นส่วนประกอบของนิวคลีโอไทด์และไลปิดอีกด้วย
ในแง่การเจริญเติบโตของพืช
ฟอสฟอรัสทำให้การแบ่งเซลล์และการพัฒนาของส่วนที่เจริญเติบโตของพืช (ยอดและราก)
เป็นไปได้ดี ฟอสฟอรัสยังช่วยให้พืชออกดอกและแก่เร็ว
ทำให้พืชมีความแข็งแรงและต้านทานต่อโรคแมลง สำหรับพืชผัก
ฟอสฟอรัสทำให้พืชตั้งตัวได้เร็ว โดยเฉพาะระยะแรกๆ ของการเจริญเติบโต
ฟอสฟอรัสยังมีส่วนในการทำให้พืชผักเก็บเกี่ยวได้เร็วและมีรสชาติดีขึ้นด้วย
รูปของฟอสฟอรัสที่พืชนำไปใช้ได้คือ โมโนไฮโดรเจนฟอสเฟต (HPO42-) และ
ไดไฮโดรเจนฟอสเฟต (H2PO4-) ส่วนจะอยู่ในรูปไหนมากกว่ากันขึ้นกับค่า pH
ของสารละลายในขณะนั้น
ในการปลูกพืชในดินมักมีปัญหาความเป็นประโยชน์ของธาตุฟอสฟอรัสเมื่อ pH
ไม่เหมาะสม เช่นถ้า pH ต่ำฟอสฟอรัสจะทำปฏิกริยากับเหล็กและอลูมิเนียม แต่ถ้า pH
สูงฟอสฟอรัสจะทำปฏิกริยากับแคลเซียมและแมกนีเซียม
ทำให้ความเป็นประโยชน์ของฟอสฟอรัสลดลง
แต่ในการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์จะไม่เกิดปัญหานี้เนื่องจากสามารถควบคุมปริมาณธาตุอาหารและ
pH ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมได้
- โพแทสเซียม (K)
โพแทสเซี่ยมไม่ได้เป็นองค์ประกอบในโครงสร้างของสารประกอบอินทรีย์ในพืช
แต่มีหน้าที่เกี่ยวกับการทำงานด้านสรีรวิทยาของพืช
เป็นธาตุจำเป็นในการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต
และการเคลื่อนย้ายแป้งและน้ำตาลในพืช
จึงเป็นธาตุที่จำเป็นมากต่อพืชผักประเภทหัว
นอกจากนี้โพแทสเซียมยังควบคุมการปิดเปิดของปากใบ และกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์
ในพืชผักรับประทานต้นและใบ มีความต้องการโพแทสเซียมไม่น้อยกว่าไนโตรเจน
เพราะเป็นธาตุที่ช่วยส่งเสริมคุณภาพ เช่น ช่วยให้กระหล่ำปลีห่อหัวได้ดี
น้ำหนักดี มีเนื้อแน่นและเป็นเงาน่ารับประทาน ส่วนผักกาดต่างๆ
ที่รับประทานใบถ้าได้รับโพแทสเซียมเพียงพอจะไม่เฉาง่ายเมื่อตัดส่งตลาด
จึงสดอยู่ได้นาน ในพืชผักกินผลเช่นมะเขือเทศ
ความต้องการโพแทสเซียมจะสูงในช่วงที่มีการพัฒนาของผล
รูปของโพแทสเซี่ยมที่พืชนำไปใช้ได้คือ โพแทสเซียมอิออน (K+)
แต่ถ้ามีโพแทสเซียมมากเกินไปจะรบกวนการนำแคลเซียมและแมกนีเซียมไปใช้
สารเคมีที่ให้โพแทสเซียมมีอยู่หลายตัว เช่น โพแทสเซียมไนเตรท
และโพแทสเซียมฟอสเฟต
- แคลเซียม (Ca) แคลเซียมเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของผนังเซลล์
หน้าที่หลักภายในพืชจึงเกี่ยวข้องกับความแข็งแรงของเนื้อเยื่อและเซลล์พืช
นอกจากนั้นยังมีบทบาทในการกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์อีกด้วย
การดูดใช้แคลเซียมของพืชจะขึ้นกับอิออนตัวอื่นในสารละลาย โดยเฉพาะเมื่อมีไน
เตรทจะทำให้ดูดใช้แคลเซียมได้ดีขึ้น รูปที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้
คือแคลเซียมอิออน (Ca2+) แหล่งแคลเซียมที่ดีที่สุดคือ แคลเซียมไนเตรท
เนื่องจากละลายง่าย ราคาไม่แพง อีกทั้งยังให้ธาตุไนโตรเจนได้ด้วย
ความเข้มข้นของแคลเซียมที่มากเกินไปจะมีผลต่อการนำโพแทสเซียมและแมกนีเซียมมาใช้
- แมกนีเซียม (Mg) แมกนีเซียมเป็นองค์ประกอบของคลอโรฟิลล์
นอกจากนี้ยังมีบทบาทในในการดูดซึมธาตุอาหาร
และการเคลื่อนย้ายธาตุอาหารของพืชโดยเฉพาะอย่างยิ่งฟอสเฟต
แมกนีเซียมที่พืชสามารถนำไปใช้ได้อยู่ในรูป แมกนีเซียมอิออน (Mg2+)
สารเคมีที่ใช้เป็นแหล่งแมกนีเซียมคือ แมกนีเซียมซัลเฟต
ในการเตรียมสารละลายสำหรับปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์
จะต้องระวังในเรื่องปริมาณแมกนีเซียมเพราะแมกนีเซียมที่มากเกินไปจะรบกวนการนำโพแทสเซียมและแคลเซียมมาใช้
- กำมะถัน (S) กำมะถันเป็นธาตุที่เป็นองค์ประกอบของพืชมากพอๆ กับฟอสฟอรัสแต่พืชแต่ละชนิดจะมีกำมะถันในปริมาณต่างกัน พืชตระกูลถั่ว หอม กระหล่ำปลี หน่อไม้ฝรั่ง กระเทียม ต้องการกำมะถันเพื่อเพิ่มกลิ่นและรสชาติให้ดีขึ้น กำมะถันมีหน้าที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโปรตีนและกรดอมิโนบางชนิดที่มีกำมะถันเป็นองค์ประกอบเช่น ซิสเทอีน (cysteine) และ เมทไธโอนีน (methionine) นอกจากนั้นกำมะถันยังมีผลทางอ้อมต่อการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ของพืชด้วย รูปของกำมะถันที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้คือ ซัลเฟตอิออน (SO42-) ซึ่งในการเตรียมสารละลายธาตุอาหารมักมีส่วนประกอบของเกลือซัลเฟตหลายชนิดอยู่ เช่น แมกนีเซียมซัลเฟต แคลเซียมซัลเฟต เป็นต้น พืชที่ปลูกในสารละลายจึงมักไม่ขาดธาตุนี้
2. ธาตุที่ต้องการในปริมาณน้อยหรือจุลธาตุ (micronutrient element)
คือธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืชแต่พืชต้องการในปริมาณน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับธาตุอื่นๆ ในการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์จะต้องระมัดระวังการควบคุมปริมาณธาตุกลุ่มนี้เป็นพิเศษกว่าธาตุในกลุ่มมหธาตุ เพราะความเข้มข้นระหว่างความเป็นพิษและการขาดมีระยะค่อนข้างแคบ นอกจากนั้นการประเมินอาการขาดทำได้ค่อนข้างยากอีกด้วย การแก้ปัญหาการขาดจุลธาตุทำได้ง่ายกว่าการแก้ปัญหาความเป็นพิษ เมื่อเกิดอาการเป็นพิษขึ้นมักจะต้องปลูกใหม่ ความเป็นประโยชน์ของธาตุอาหารกลุ่มนี้ขึ้นกับค่า pH ของสารละลายและการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของธาตุอาหารหลักบางธาตุ เช่น ฟอสฟอรัส ดังนั้นการควบคุม pH ของสารละลายและความเข้มข้นของธาตุอาหารจึงเป็นเรื่องสำคัญ ธาตุที่พืชต้องการในปริมาณน้อยนี้มีอยู่ 7 ธาตุ ได้แก่
- เหล็ก (Fe) เป็นธาตุที่ไม่ค่อยมีการเคลื่อนย้ายในพืช ในพืช
เหล็กเป็นส่วนประกอบของเฟอริดอกซิน (ferridoxin)
ซึ่งเป็นสารสำคัญในขบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนของพืช
นอกจากนั้นยังเป็นองค์ประกอบของคลอโรฟิลล์ รูปที่พืชสามารถนำไปใช้ได้
คือเฟอรัสอิออน (Fe2+) และเฟอริกอิออน (Fe3+)
สารเคมีที่ให้ธาตุเหล็กและมีราคาถูก คือ เฟอรัสซัลเฟต (FeSO4)
ซึ่งละลายน้ำได้ง่ายแต่จะตกตะกอนเร็วจึงต้องระวังในเรื่อง pH ของสารละลาย
จึงนิยมใช้เหล็กในรูปคีเลต ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์
สามารถคงตัวอยู่ในรูปสารละลายธาตุอาหารพืชและพืชก็สามารถนำไปใช้ได้ดี
- แมงกานีส (Mn) เป็นธาตุที่มีบทบาทสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสง
และการทำงานร่วมกับธาตุอื่น เช่น เหล็ก แคลเซี่ยม และแมกนีเซียม
ความเป็นประโยชน์ของแมงกานีสจะถูกคววบคุมโดยค่า pH ของสารละลาย
รูปที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้คือ แมงกานีสอิออน (Mn2+)
- สังกะสี (Zn) เป็นธาตุจำเป็นต่อการสังเคราะห์ IAA
ซึ่งเกี่ยวข้องกับการขยายตัวของเซลล์
มีบทบาทสำคัญต่อการทำงานของเอนไซม์หลายชนิด
และยังมีบทบาทในการสร้างแป้งของพืชด้วย รูปที่พืชสามรถนำไปใช้ได้ คือ
ซิงค์อิออน (Zn2+) ที่อาจได้จากซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4) หรือซิงค์คลอไรด์ (ZnCl2)
- ทองแดง (Cu) แต่เป็นธาตุที่มีความจำเป็นเนื่องจากเป็นองค์ประกอบของโปรตีน
ช่วยในกระบวนการหายใจ และส่งเสริมให้พืชนำเหล็กมาใช้ประโยชน์ได้มากขึ้น
รูปที่เป็นประโยชน์ต่อพืชคือ คอปเปอร์อิออน (Cu2+) ที่อาจได้จากคอปเปอร์ซัลเฟต
(CuSO4) หรือคอปเปอร์คลอไรด์ (CuCl2)
- โบรอน (B) หน้าที่ของโบรอนในพืชยังไม่ทราบแน่ชัด
แต่เชื่อกันว่าโบรอนมีความสำคัญต่อการสังเคราะห์และเคลื่อนย้ายคาร์โบไฮเดรต
การสร้างกรดอมิโนและโปรตีน การงอกและการเจริญเติบโตของละอองเกสรตัวผู้
และกิจกรรม ต่างๆ ของเซลล์ เช่น การแบ่งเซลล์ การขยายตัวของเซลล์
การเจริญเติบโตของเซลล์
นอกจากนั้นโบรอนยังมีอิทธิพลต่อสัดส่วนการดูดใช้ธาตุที่มีประจุบวก (cations)
และธาตุที่มีประจุลบ (anions)
ของพืชโดยจะส่งเสริมให้มีการดูดใช้ธาตุที่มีประจุบวกได้ดีขึ้น
และธาตุที่มีประจุลบลดลง
ที่เด่นชัดคือการดูดใช้แคลเซี่ยมจะดีขึ้นถ้ามีโบรอนเพียงพอ
รูปที่เป็นประโยชน์สำหรับพืชคือโบเรตอิออน (BO33-) ซึ่งมีในน้ำธรรมชาติ
หรือได้จากการเติมกรดบอริก (H3BO3)
- โมลิบดินัม (Mo) เป็นองค์ประกอบที่สำคัญของเอนไซม์ 2 ชนิด คือไนโตรจีเนส
(nitrogenese) ซึ่งสำคัญต่อการตรึงไนโตรเจนจากอากาศ และไนเตรทรีดักเตส (nitrate
reductase) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการรีดิวส์ไนเตรทให้เป็นไนไตรท์
พืชสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ในรูปโมลิบเดตอิออน (MoO42-)
ซึ่งอาจได้จากสารแอมโมเนียมโมลิบเดต หรือ โซเดียมโมลิบเดต
- คลอรีน (Cl) ถ้าความเข้มข้นสูงกว่าร้อยละ 1 ส่วนใหญ่จะเป็นพิษต่อพืช บทบาทภายในพืชยังไม่ทราบแน่ชัด แต่ถ้าขาดคลอรีนพืชจะเหี่ยวง่าย ในน้ำจะมีคลอรีนอยู่ในรูปคลอไรด์อิออน (Cl-) ซึ่งเป็นรูปที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้ ถ้ามีปริมาณมากเกินไปจะไปยับยั้งการนำธาตุที่อยู่ในรูปประจุลบตัวอื่นๆ มาใช้ประโยชน์
นอกจากธาตุต่างๆ ที่กล่าวมาแล้ว
ยังมีธาตุอีกหลายชนิดที่คาดว่าเป็นประโยชน์ต่อพืช แต่ยังไม่ทราบบทบาทแน่ชัด เช่น
โซเดียม (Na), ซิลิกอน (Si), นิเกิล (Ni), และเวเนเดียม (V) เป็นต้น
การประยุกต์ใช้ระบบไฮโดรโปนิกส์ปลูกพืชเชิงพาณิชย์เริ่มขึ้นเมื่อ William F.Gericke
ประสบความสำเร็จ ในการปลูกมะเขือเทศในสารละลายธาตุอาหารแทนการปลูกในดิน
จากนั้นจึงมีการพัฒนาเทคนิคต่างๆ จนมีการนำระบบนี้ไปใช้แพร่หลายเกือบทั่วโลก
โดยเฉพาะในประเทศพัฒนาที่พื้นที่ทำการเกษตรมีน้อยลง
เนื่องจากการพัฒนาประเทศและการขยายตัวของชุมชน สำหรับประเทศไทย
การปลูกพืชด้วยวิธีนี้ได้มีการศึกษาวิจัยกันมากว่า 30 ปีแล้ว
แต่เพิ่งมีการดำเนินการเป็นเชิงพาณิชย์ในระยะไม่เกิน 10 ปีที่ผ่านมา
การปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์แม้จะมีข้อดีในแง่ต่างๆ เช่น
ปลูกพืชได้ต่อเนื่องตลอดปี ปลูกได้แม้ไม่มีพื้นที่ปลูกพืช
หรือพื้นที่ที่มีไม่เหมาะสมต่อการปลูกพืช พืชที่ปลูกเจริญเติบโตเร็ว ให้ผลผลิตสูง
สม่ำเสมอ คุณภาพดี ใช้แรงงานและสารเคมีป้องกันกำจัดศัตรูพืชน้อยลง
แต่ก็มีข้อเสียตรงที่ต้องใช้ทุนเริ่มต้นสูง ต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูง
ผู้ปลูกจึงต้องมีความรู้ความเข้าใจเป็นอย่างดี
นอกจากข้อจำกัดในเรื่องต้นทุนและเทคโนโลยีที่ใช้แล้ว
กรณีเกิดโรคระบาดขึ้นจะควบคุมได้ยากเนื่องจากเชื้อสามารถแพร่กระจายได้อย่างรวดเร็ว
เช่นเดียวกับพืชที่ปลูกด้วยวิธีดั้งเดิม
การเจริญเติบโตของพืชที่ปลูกด้วยระบบไฮโดรโปนิกส์ ควบคุมโดยปัจจัยพื้นฐานหลักๆ 3
ปัจจัย ได้แก่ พันธุกรรม สารควบคุมการเจริญเติบโต และสิ่งแวดล้อม
ซึ่งปัจจัยที่ผู้ปลูกสามารถควบคุมได้และเป็นตัวกำหนดความสำเร็จในการปลูกพืชด้วยวิธีนี้
คือสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องธาตุอาหาร
»
ประวัติความเป็นมา
»
การปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ในต่างประเทศ
»
การปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ในประเทศ
»
ข้อดีและข้อเสียของการปลูกพืชด้วยระบบไฮโดรโปรนิกส์
»
ปัจจัยที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชที่ปลูกด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์
» ปัจจัยสำคัญที่สุดที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช
»
เทคนิคการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์
»
ระบบการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์
»
สารละลายธาตุอาหาร
»
การใช้เครื่อง EC มิเตอร์
»
วัสดุและภาชนะปลูก
»
การปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ในภาคตะวันตก
»
การศึกษาวิจัย
»
การผลิตพืชผักเชิงพาณิชย์
»
เงื่อนไขในการผลิตพืชแบบไฮโดรโปนิกส์เชิงพาณิชย์
»
ต้นทุน-ผลตอบแทน
»
การตลาด
»
ความรู้ของเกษตรกร
»
ผู้บริโภคและผลกระทบต่อสภาพแวดล้อม
»
ประโยชน์ของการปลูกพืชระบบไฮโดรโปนิกส์ต่อการเกษตรไทยในอนาคต