ไฮโดรโปนิกส์

ความรู้ทั่วไป 

1. ความหมายของคำว่า "การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน"

การทราบความหมาย และระบบปลูกจะมีผลต่อการเลือกรูปแบบการผลิตที่เหมาะสม

คำว่า การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน มีชื่อเรียกในภาษาไทยหลายชื่อ เช่น การปลูกพืชไร้ดิน การปลูกพืชในน้ำที่มีธาตุอาหารพืช การปลูกพืชในสารอาหารพืช การปลูกพืชในวัสดุปลูกที่ไม่ใช้ดินที่มีธาตุอาหารพืช การปลูกพืชโดยให้รากพืชสัมผัสสารอาหารโดยตรงที่ไม่มีดินเป็นเครื่องปลูก เป็นต้น แต่ไม่ว่าจะเรียกว่าอะไรก็ตาม สามารถอธิบายได้ 2 ลักษณะ ตามระบบหรือวิธีการปลูกและความหมายของคำที่แปลมาจากภาษาอังกฤษ 2 คำ คือคำว่า Soilless Culture และคำว่า Hydroponics

1.1 ความหมายของคำว่า "การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน" จากคำว่า "ซอยเลส คัลเจอร์"

หรือ "Soilless culture" เป็นวิธีการปลูกพืชเลียนแบบการปลูกพืชบนดินโดยไม่ใช้ดินเป็นวัสดุในการปลูก แต่เป็นการปลูกพืชลงบนวัสดุปลูกชนิดต่างๆ ซึ่งวัสดุปลูกแทนดินนี้มีหลายชนิดคือ วัสดุปลูกที่เป็นอนินทรีย์สาร วัสดุปลูกที่เป็นอินทรีย์สาร และวัสดุปลูกสังเคราะห์ โดยพืชสามารถเจริญเติบโตบนวัสดุปลูกจากการได้รับสารละลายธาตุอาหารพืช (หรือสารอาหาร) ที่มีน้ำผสมกับปุ๋ยที่มีธาตุต่างๆ ที่พืชต้องการ (Nutrient Solution) จากทางรากพืช

วัสดุปลูกที่เป็นอนินทรีย์สาร คือ 

(1) วัสดุที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น ทราย กรวด หิน เกล็ด หินภูเขาไฟ หินซีลท์ 

(2) วัสดุที่ผ่านขบวนการโดยใช้ความร้อน เช่น ดินเผา เม็ดดินเผา ใยหินหรือร็อควูล เพอร์ไลท์ เวอร์มิคูไลไลน์ 

(3) วัสดุเหลือใช้จากโรงงานอุตสาหกรรม เช่น เศษอิฐจากการทำอิฐมอญ เศษดินเผาจากโรงงานเครื่องปั้นดินเผา

วัสดุปลูกที่เป็นอินทรีย์สาร เช่น

(1) วัสดุที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น ฟางข้าวขุยและเส้นใยมะพร้าว แกลบและขี้เถ้า เปลือกถั่ว พีท

(2) วัสดุที่เหลือใช้จากโรงงานอุตสาหกรรม เช่น ชานอ้อย กากตะกอนจากโรงงานน้ำตาล วัสดุเหลือใช้จากโรงงานกระดาษ

วัสดุสังเคราะห์ เช่น เมล็ดโฟม แผ่นฟองน้ำ และ สารดูดความชื้น เส้นใยพลาสติกแม้ว่าเราเรียกวัสดุที่ใช้ปลูกพืชนี้ด้วยคำรวมๆ ว่า ซับสเตรท (Substrate) แต่ถ้ามีการใช้วัสดุปลูกพืชเป็นวัสดุใดวัสดุหนึ่งแบบเจาะจงก็จะเรียกชื่อตามวัสดุที่ใช้ปลูก เช่น

การปลูกโดยการใช้ทรายเป็นวัสดุปลูก หรือ Sand culture

การปลูกโดยการใช้หินกรวดเป็นวัสดุปลูก หรือ Gravel culture

การปลูกโดยการใช้ร็อควูลเป็นวัสดุปลูก หรือ Rockwool culture

การปลูกโดยการใช้ขี้เลื่อยเป็นวัสดุปลูก หรือ Sawdust culture

ผู้ที่จะทำการปลูกตามลักษณะ "การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน" จากคำว่า "Soilless culture" หรือ "ซอยเลส คัลเจอร์" นี้จะต้องเลือกวัสดุปลูกให้เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของพืชให้ดี

1.2 ความหมายของคำว่า "การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน" จากคำว่า "ไฮโดรโปนิกส์" หรือ Hydroponics เป็นการปลูกพืชที่ไม่ใช้วัสดุปลูก (nonsubstrate หรือ water cuture) กล่าวคือ จะทำการปลูกพืชลงบนสารละลายธาตุอาหารพืช โดยให้รากพืชสัมผัสกับสารอาหารโดยตรง (Water culture) นั่นเอง เนื่องจาก คำว่า Hydroponics มาจากการรวมคำในภาษากรีกสองคำ คือ คำว่า "Hydro" หมายถึง "น้ำ" และ "Ponos" หมายถึง "งาน" ซึ่งเมื่อรวมคำสองคำเข้าด้วยกัน ความหมายก็คือ "Water-working" หรือหมายถึง "การทำงานของน้ำที่มีสารละลายธาตุอาหารผ่านรากพืช ผู้ที่จะทำการปลูกตามลักษณะ "การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน" จากคำว่า "Hydroponics" หรือ "ไฮโดรโปนิกส์" นี้จะต้องควบคุมอุณหภูมิของสารละลายธาตุอาหารพืชให้เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของพืชให้ดี

แม้ว่า การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินแบบที่เรียกว่า Hydroponics จะเป็นการปลูกพืชในสารละลายธาตุอาหารพืชที่ไม่ใช้ดินจริงๆ ตามที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นคิด และพัฒนาขึ้นมาก็ตาม แต่พืชก็ยังสามารถเจริญเติบโตได้ในวัสดุปลูกอื่นๆ ที่ไม่ใช่ดิน เช่น ทราย กรวด หิน เกล็ดด้วยการให้น้ำที่ผสมธาตุอาหารที่ค้นคิดขึ้นมาจึงเรียกการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินนี้เป็นคำรวมว่า Soilless culture อ่านว่า ซอยเลส คัลเจอร์

1.3 ประโยชน์ของการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน

การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินกับสภาพความเป็นอยู่ 
การปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินเป็นวิทยาการทางวิทยาศาสตร์และศิลปะผสมกันที่สามารถใช้ปลูกพืชได้ในทุกสถานที่โดยไม่มีขอบเขตจำกัด ไม่ว่าจะเป็นการปลูกจำนวนน้อยเพื่อบริโภคในครัวเรือนหรือการผลิตเชิงธุรกิจ เป็นวิธีที่เหมาะสมกับความต้องการสำหรับผู้ปลูกที่มีพื้นที่ปลูกน้อย เช่น แฟลต อพาร์ตเม้นท์ จึงสามารถปลูกได้ในเมืองหลวงของเมืองที่แออัดคับแคบด้วยผู้คน เช่น ประเทศญี่ปุ่น ไต้หวัน เนเธอร์แลนด์ อังกฤษ เบลเยี่ยม

สำหรับการปลูกแบบขนาดเล็กๆ เพื่อปลูกไว้ดูเล่นแบบสันทนาการ และมีอาหารจากการปลูกเพื่อบริโภคในครอบครัวจะไม่มีความยุ่งยากในการปลูก และดูแลรักษาเปรียบเหมือนกับการทำสวนตามปกติที่ให้ความเพลิดเพลิน การเรียนรู้เบื้องต้นในการปลูกพืช แต่ถ้าเป็นการปลูกแบบเชิงการค้าจะต้องมีการใช้เทคนิค หลักการต่างๆ ในการควบคุมการผลิตมากยิ่งขึ้น

การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินกับการผลิตเชิงธุรกิจ

วิธีการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินสามารถใช้ปลูกพืชได้หลายชนิด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความยากง่ายของการปลูกพืชแต่ละชนิด ตั้งแต่ผัก ผลไม้ ไม้ดอก ไม้ประดับ พืชไม้เลื้อย จนถึงพืชยืนต้น แต่การผลิตเชิงธุรกิจส่วนมากนิยมปลูกพวกพืชผัก ไม้ผลที่เป็นพืชที่เก็บเกี่ยวช่วงอายุสั้น ดังตัวอย่างที่แสดงให้เห็นในตารางต่อไปนี้

ตารางที่ 1 ตัวอย่างของพืชที่สามารถปลูกโดยการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน

ตารางที่ 2 พื้นที่การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินในประเทศต่างๆ เมื่อปี พ.ศ.  2544

ที่มา : Hassall & Associates Pty Ltd, 2001
หมายเหตุ : * ข้อมูลปี 2539 # ข้อมูลปี 2542
                    หมายเหตุ 1 เฮกเตอร์ เท่ากับ 6.25 ไร่

1.4 ความแตกต่างระหว่างการปลูกพืชบนดินตามธรรมชาติกับการปลูกพืชบนดินตามธรรมชาติกับการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน

ปกติแล้วพืชจะเจริญเติบโตได้ดีนั้น ต้องมีการเจริญเติบโตที่เหมาะสมคือ สภาพภูมิอากาศที่เหมาะสมเช่น แสงแดด อุณหภูมิ น้ำ ธาตุอาหารพืชที่มาจากดิน น้ำ และอากาศ ( ออกซิเจน ไฮโดรเจน และ คาร์บอนไดอ๊อกไซด์) ทั้งที่รากส่วนเหนือดิน ซึ่งการที่พืชจะนำธาตุอาหารไปใช้ได้นั้นจะเกี่ยวข้องกับความเป็นกรด – ด่าง (pH) ของดิน

การปลูกพืชบนดินโดยทั่วไปแม้ดินจะมีธาตุอาหาร และอากาศอันเป็นปัจจัยที่พืชต้องการนั้นมักมีข้อเสียคือ ดินจะไม่มีความอุดมสมบูรณ์ตามที่พืชต้องการ กล่าวคือ ดินจะมีคุณสมบัติที่ไม่แน่นอนแตกต่างกันไปตามสภาพพื้นที่ เช่น โครงสร้างของดิน ปริมาณธาตุอาหารหรือความอุดมสมบูรณ์ต่ำ pH ไม่เหมาะสม ยุ่งยากต่อการปรับปรุง และเสียค่าใช้จ่ายสูง ปัญหาเหล่านี้ทำให้ได้ผลผลิตที่ไม่แน่นอน

ส่วนการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินนั้นพืชจะได้รับสารละลายที่มีธาตุอาหารเรียกว่า สารละลายธาตุอาหารพืชที่ประกอบด้วยธาตุอาหารที่จำเป็นต่อพืช ที่อยู่ในรูปที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ทันทีเพราะมีการปรับค่า EC และ pH ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมต่อพืชอยู่ตลอดเวลา อันที่จริงแล้วไม่มีความแตกต่างทางสรีระวิทยาของรากพืชที่จะนำธาตุอาหารทั้งจากการปลูกบนดินตามธรรมชาติ หรือจากการปลูกพืชที่ไม่ใช้ดิน ดังแสดงในภาพที่ 1 คือ ในการปลูกพืชบนดินตามธรรมชาติ "สารอาหารในดิน (Soilless solution)" เป็นอาหารพืชที่อยู่ในน้ำในดินนั้นมาจากวัตถุที่เป็นสิ่งที่เน่าเปื่อยผุพังย่อยสลาย (Decomposed) ที่มาจากวัสดุที่เป็นทั้งอนินทรีย์สาร (Inorganic) และ วัสดุปลูกที่เป็นอินทรีย์สาร (Organic) ในขณะที่การปลูกพืชที่ไม่ใช้ดินนั้น พืชจะได้รับ "สารละลายธาตุอาหาร" (Nutrient Solution) มาจากการละลายของปุ๋ยเคมีในน้ำเรียกว่า "สารละลายธาตุอาหารพืช" ทั้ง สารอาหารในดิน (Soilless sulution) ของการปลูกพืชบนดินที่ได้จากการเน่าเปื่อยผุพังตามธรรมชาติ และ สารละลายธาตุอาหาร (Nutrient solution) จากการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน จะสัมผัสกับรากพืชซึ่งพืชจะดูดเอาไปใช้ในการเจริญเติบโตด้วยกระบวนการต่างๆ ต่อไป 

ตารางที่ 3 เปรียบเทียบข้อดีและข้อเสียของการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน

2. ธาตุอาหารและสารละลายธาตุอาหาร

ในการปลูกพืชไม่ใช้ดิน ปัจจัยหลักที่ทำให้ต้นพืชเจริญเติบโต คือ ธาตุอาหารที่เป็นวัตถุดิบในการให้ต้นพืชเจริญเติบโต ในกระบวนการสร้างสารอาหาร โดยกระบวนการสังเคราะห์แสง วัตถุดิบที่ใช้คือ คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เมื่อได้รับแสงบนคลอโรฟิลด์ จะได้สารคาร์โบไฮเดรต และออกซิเจน

จะเห็นได้ว่าธาตุอาหารที่พืชใช้ในกระบวนการดังกล่าว คือ คาร์บอน (C) จากคาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรเจน ออกซิเจน จากน้ำ ( H2O) และในส่วนของคลอโรฟิลล์ในพืชมีธาตุอื่นๆ เป็นองค์ประกอบ เช่น ธาตุในโตรเจน (N) และแมกนีเซียม (Mg) ซึ่งเราสามารถจำแนกธาตุอาหารตามปริมาณความต้องการในปริมาณที่ต่างกันในการใช้ของพืช ซึ่งหากใช้ไม่เหมาะสมก็จะทำให้พืชเติบโตไม่ปกติ นอกจากนี้ การให้ธาตุอาหารให้สอดคล้องกับสภาพแวดล้อม ถ้าให้อย่างใดอย่างหนึ่งมากหรือน้อยพืชก็ไม่สามารถนำไปใช้ในการเจริญเติบโต

ตารางที่ 4.1 รูปของธาตุที่จำเป็นในการดูดเข้าสู่รากของต้นพืช และมีหน้าที่ในพืช

ดัดแปลงจาก Megel,K. and B.a. Kirby. 1987 Principles of piant Nutrition, 4^th ed, Internatipnal Potash Institue. Beme, switzerland. With permission

ตารางที่ 4.2 การตอบสนองของพืชในใบที่ได้รับธาตุอาหารหรือมากเกินไป

ขอบคุณข้อมูลจาก: ศูนย์เกษตรกรรมบางไทร

h2ohydrogarden