แนวคิดการปลูกพืชไม่ใช้ดิน

          การปลูกพืชไม่ใช้ดิน มีความหมายตรงกับภาษาอังกฤษ คำว่า soilless culture ซึ่งมีความหมายกว้างขวางครอบคลุมวิธีการปลูกพืชโดยวิธีใดก็ได้ที่เกี่ยวข้อง ตามคำจำกัดความว่าไม่ใช้ดิน พืชอาจเจริญเติบโตในอากาศที่มีการควบคุมความชื้นให้เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของรากหรือปลูกในน้ำที่มีสารละลายผสมอยู่ ซึ่งมีการไหลเวียนของอากาศอย่างเหมาะสม หรือปลูกในวัสดุผสมอื่นๆที่ไม่ใช้ดิน เช่น กรวด ทราย ใยหิน พีท เวอร์มิคิวไลต์ เป็นต้น ชาวอังกฤษมีการเรียกชื่อการเพาะปลูกแบบไร้ดินไว้หลายชื่อ ตัวอย่างที่เรียกกันมีคำว่า nutriculture ซึ่งมาจากคำว่า nutrient กับคำว่า culture บางคนก็เรียกว่า artificial growth, soilless agriculture หรือ soilless gardening, aquaculture, olericulture และ tank farming แต่ที่นิยมเรียกกันมากก็คือคำว่า ไฮโดรโพนิกส์ (hydroponics)

ความหมายของการปลูกพืชไม่ใช้ดิน
          คำว่า hydroponics มีความหมายว่า water – working หรือ water activation ซึ่งมาจากภาษากรีก 2 คำ คือ คำว่า hydro มาจากคำในภาษากรีกว่า hudor ซึ่งแปลว่าน้ำ ส่วนคำว่า ponics มาจากคำว่า ponos ซึ่งมาความหมายว่า แรงงานหรือทำงาน หรือ เขียนรวมกันก็แปลว่าเป็นการทำงานด้วยน้ำ นอกจากนี้ยังมีคำอื่นที่ใช้เรียกแทนการปลูกพืชไม่ใช้ดินได้อีก ได้แก่ Water Culture, True Hydroponics และ Hydroculture เป็นต้น คำว่า Hydroponics ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1929 โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันชื่อ Professor Dr. William F. Gericke แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซึ่งเป็นผู้พัฒนาเทคโนโลยีการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินในเชิงการค้า โดยก่อนหน้านี้มีนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันหลายท่าน เช่น ค.ศ. 1860 Sachs ค.ศ. 1861-1865 Knop เป็นผู้ที่ศึกษาเกี่ยวกับธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช สูตรสารละลายธาตุอาหารได้ถูกคิดค้นขึ้นเพื่อใช้ในการปลูกพืชไม่ใช้ดิน อย่างไรก็ตามเทคนิคต่างๆใช้ในห้องทดลองเท่านั้น จนกระทั้ง Professor Dr. William F. Gericke ได้พัฒนาให้สามารถใช้ผลิตในเชิงการค้าได้
          ทฤษฎีและข้อปฏิบัติของการปลูกพืชไม่ใช้ดิน มีพื้นฐานมาจากวิทยาศาสตร์หลายแขนงวิชา ที่เกี่ยวข้องโดยตรงก็คือ เรื่องของน้ำกับธาตุอาหารพืช ซึ่งเป็นพื้นฐานส่วนหนึ่งในวิชาสรีรวิทยาพืช เรื่องของปฏิกิริยาชีวเคมีที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโต ปัจจัยสิ่งแวดล้อมที่ประกอบด้วยแสง อุณหภูมิและความชื้นที่มีส่วนร่วมในการกำหนดอัตราการเจริญเติบโตของพืช การนำความรู้ในวิชาพืชสวนและพืชไร่มาดัดแปลงให้เกิดประโยชน์กับการปลูกพืชไม่ใช้ดิน รวมทั้งการนำความรู้ในวิชากีฏวิทยาและโรคพืชมาใช้ควบคุมโรคและแมลงศัตรูพืชที่จะมาทำลายพืชเศรษฐกิจทุกชนิดที่ปลูก
          การปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินเป็นศาสตร์ที่มีจุดมุ่งหมายเฉพาะในการผลิตพืชทางการเกษตรสมัยใหม่ให้มีคุณภาพและปลอดสารพิษ ผู้ที่จะนำวิธีการเพาะปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินให้มีประสิทธิภาพและบังเกิดผลมากน้อยเพียงใดนั้น ขึ้นอยู่กับความสามารถของผู้ใช้ ความถูกต้องทางเทคนิค การดูแลเอาใจใส่ และเงื่อนไขต่างๆ ที่จะต้องใช้ประกอบในการทำงานทางด้านนี้
          ตัวอย่างเงื่อนไขต่างๆ ที่เกษตรกรอาจจะใช้ประกอบในการพิจารณาเลือกทำการเกษตรโดยการปลูกพืชแบบไร้ดินก็คือ ในกรณีที่ที่ดินที่ใช้เพาะปลูกมีปัญหาต่อไปนี้
          1. น้ำท่วมขังตลอดปี
          2. ดินเค็ม
          3. ดินเป็นกรดจัดหรือดินเป็นด่างจัด
          4. สภาพพื้นที่ดินใช้ทำการเกษตรมานานเป็นที่ดินเสื่อมโทรม
          5. พื้นดินแห้งแล้งจะต้องอาศัยน้ำฝนและการใช้น้ำปลูกพืชอย่างประหยัด
          ในกรณีที่เกษตรกรพบปัญหาเหล่านี้ก็สามารถใช้การปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินทดแทนการเพาะปลูกแบบปกติในพื้นที่ที่มีลักษณะดังกล่าวข้างต้นได้อย่างไรก็ตามเกษตรกรก็จะต้องคำนึงถึงว่าตนเองมีความสามารถทางเทคนิคที่จะสามารถปฏิบัติการปลูกพืชไม่ใช้ดินได้

ความเป็นมาของการปลูกพืชไม่ใช้ดิน
          มนุษย์ใช้เวลานานหลายพันปีมาแล้วในการต่อสู้กับธรรมชาติเพื่อเพิ่มผลผลิตและคุณภาพของพืชที่เพาะปลูก ในการนี้มนุษย์จะต้องสำรวจตรวจสอบหาสิ่งแวดล้อมที่เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของพืชแต่ละชนิด มนุษย์ยุคโบราณไม่สามารถบอกสิ่งที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืชได้ อย่างไรก็ตามก่อนพุทธศักราช 2,000 ปี นักเขียนชื่อยูกุงได้เขียนเรื่องราวของจักรพรรดิต้าหยู ในตอนหนึ่งของเรื่องได้ยกย่องถึงการปลูกผลไม้ชั้นเลิศในพระราชวัง ต่อมาก่อนพุทธศักราช 1,200 ปี นักเขียนชาวฮินดูชื่อ วิก เวคา กล่าวว่าชาวอารยันที่รบชนะอินเดียได้กล่าวถึงเรื่องราวของพืชที่พวกเขาใช้ประโยชน์ ในช่วง 372-387 ปีก่อนพุทธศักราช นักปราชญ์ชาวกรีกชื่อ Theophrastus ซึ่งตรงกับรัชสมัยจักรพรรดิ Alexander ก็ได้เขียนเล่าเรื่องเกี่ยวกับพืชที่นิยมกันในสมัยนั้นและ Palladius เป็นคนแรกที่เขียนถึงปัญหาของการเพาะปลูกพืชของมนุษย์
          เชื่อกันว่าสวนลอยแห่งเมือง Babylon เป็นสวนที่มนุษย์ทำขึ้นแห่งแรกของโลกสวนลอยนี้นับเป็นหนึ่งในเจ็ดสิ่งมหัศจรรย์ของโลก มีหลักฐานว่ามนุษย์ในสมัยนั้นรู้จักนำวัสดุที่เรียกว่าไมก้า (mica) มาดัดแปลงเป็นอุปกรณ์ช่วยป้องกันพืชที่อ่อนแอให้ยืนต้นอยู่ได้ โดยเฉพาะในช่วงแรกที่ย้ายมาจากเมืองอื่น พืชยังไม่คุ้นเคยกับอากาศในเมือง Babylon

ภาพที่ 1.1 สวนลอยฟ้าบาบิลอน

          ปี พ.ศ. 462 – 477 จักรพรรดิ Tiberius มีเรือนต้นไม้ที่ใช้ปลูกแตงกวานอกฤดูไว้เสวยทุกวัน โดยจะต้องปลูกต้นแตงกวาในครอบแก้วขนาดใหญ่ที่สามารถควบคุมการเจริญเติบโตของแตงกวาได้ วิธีการเพาะปลูกพืชได้รับการถ่ายทอดต่อมาในยุคกลาง (middle ages) แต่มนุษย์ก็ยังไม่ทราบว่าพืชเติบโตได้อย่างไร มีการตอบสนองต่อการดูแลอย่างไร ในตอนนั้นมนุษย์ก็ยังเชื่อกันว่าพืชเจริญเติบโตเพราะได้รับการเลี้ยงดูด้วยน้ำเพียงปัจจัยเดียว ส่วนพื้นดินทำหน้าที่เพียงยึดลำต้นพืชให้ตั้งตรง ความเห็นนี้ได้รับการสนับสนุนโดยงานทดลองของ แวน เฮลมอนต์ (Van Helmont) นักวิทยาศาสตร์ชาวเบลเยี่ยมที่ใช้ต้นหลิวในการทดลองเพื่ออธิบายการเจริญเติบโตของพืช
          ปี พ.ศ. 2173 แวน เฮลมอนต์ ได้ปลูกต้นหลิวหนัก 5 ปอนด์ในภาชนะปิด ที่มีเฉพาะช่องให้อากาศผ่านเข้าออกได้ทางด้านบนของภาชนะเท่านั้นเมื่อเริ่มต้นภาชนะนี้บรรจุดินหนัก 200 ปอนด์ และต้นหลิวที่ปลูกหนัก 5 ปอนด์ แวน เฮลมอนต์ ดูแลให้น้ำแก่ต้นหลิวจนอายุครบ 5 ปี ก็ตรวจสอบน้ำหนักของดินและต้นไม้ที่ปลูก พบว่า ดินมีน้ำหนักลดลง 2 ออนซ์ ต้นหลิวชั่งได้หนัก 169 ปอนด์ 30 ออนซ์ เขาพบว่าต้นหลิวหนักเพิ่มขึ้น 164 ปอนด์ 30 ออนซ์ จึงสรุปว่าต้นหลิวหนักเพิ่มขึ้นเพาะน้ำที่ต้นหลิวได้รับ ข้อสรุปของแวน เฮลมอนต์ มีส่วนถูกต้องในเรื่องน้ำ แต่ยังไม่ครบถ้วนตรงกับความรู้ในปัจจุบัน
          ปี พ.ศ.2242 นักวิทยาศาสตร์คนต่อมาที่ช่วยเพิ่มความรู้เรื่องการเจริญเติบโตของพืชได้แก่ จอห์น วูดวาร์ด (John Woodward) ในเมื่อเขาไม่เชื่อข้อสรุปของแวน เฮลมอนต์ที่กล่าวว่าน้ำเป็นปัจจัยเดียวที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของต้นพืช ตรงกับรัชสมัยของพระเจ้าเสือของไทย จอห์นวูดวาร์ดได้ทำการทดสอบน้ำชนิดต่างๆ ที่ใช้ปลูกพืช เขาพบว่าน้ำที่เติมดินลงไปมีผลช่วยให้ต้นพืชเจริญเติบโตได้ดีกว่าต้นพืชที่ปลูกในน้ำที่ไม่ได้เติมดินเลย งานทดลองของจอห์น วูดวาร์ด ทำให้นักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้นทราบว่าดินเกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของพืช
          ปี พ.ศ.2315 ตรงกับสมัยกรุงธนบุรี พริสลีย์ (Preistley) เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ค้นพบว่าในบรรยายที่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มาก ซึ่งเขาเรียกว่า fixed air พืชที่ปลูกอยู่จะสามารถผลิตก๊าซออกซิเจนได้จำนวนมาก สองปีต่อมานักวิทยาศาสตร์ชื่อ จีน อินเกน–เฮาส์ (Jean Ingen–Housz) ได้แสดงให้เห็นว่าพืชสามารถเปลี่ยนอากาศเสียให้เป็นอากาศดีได้ โดยพบว่ามีปริมาณออกซิเจนเพิ่มมากขึ้นเมื่อต้นพืชได้รับแสงอาทิตย์ แต่อากาศเสียในบริเวณที่ไม่มีพืช แม้จะได้รับแสงอาทิตย์ก็ไม่สามารถเปลี่ยนเป็นอากาศดีได้ เมื่อ จีน อินเกน–เฮาส์ ขยายการศึกษาในเรื่องแสงสว่างกับพืชเขาพบเพิ่มเติมว่าแสงจ้ามีผลต่อการผลิตก๊าซออกซิเจนของพืชสีเขียวมากกว่าแสงสลัว
          ในเวลานั้นมีนักวิทยาศาสตร์หลายคนที่สนใจเรื่องแสง อาทิ เจ.เซนิแบร์ (J. Senebier) ได้ตรวจสอบอิทธิพลของแสงที่มีต่อพืช ในเมืองเจนีวาประเทศสวิสเซอแลนด์ ที. เดอซอสเซอร์ (T.de Saussure) ได้ทำการวิจัยพบว่าโมเลกุลของน้ำทำปฏิกิริยากับธาตุคาร์บอนแล้วสะสมอยู่ในพืชจึงทำให้พืชมีน้ำหนักเพิ่มขึ้น และต่อมาพบว่า ถ้าปราศจากสารไนเตรตและธาตุอาหารพืช (mineral substances) พืชที่ปลูกจะไม่เจริญเติบโต
          ในระหว่าง พ.ศ.2399–2403 เมื่อมาถึงพุทธศตวรรษที่ 20 จีน คือผู้เป็นจุดเริ่มต้นของการปลูกพืชแบบไร้ดิน จีน บาวน์สิ่งกอลต์ (Jean Boussingault) เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ทดลองปลูกพืชในทราย กรวด และเศษถ่ายแล้วรดด้วยสารละลายธาตุอาหารพืช วิธีการปลูกพืชวิธีนี้ในช่วงแรก เรียกว่า artificial culture วิธีการปลูกพืชแบบนี้มีการพัฒนาให้ดีขึ้นโดยนักวิทยาศาสตร์อีกหลายท่าน เช่น เอฟ. ซาลม์–ฮอร์สมาร์ (F.Salm–Horstmar) จะเห็นได้ว่างานพัฒนาทางด้าน artificial culture ตรงกับรัชสมัยของพระบาทสมเด็จพระจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวรัชกาลที่ 4 แห่งกรุงรัตนโกสินทร์ ต่อจากเอฟ ซาลม์ - ฮอร์มาร์ก็เป็นจูเลียส วอน ซาค (Julius von Sachs, 2403) และดับเบิลยู, นอพ (W.Knop, 2408)
          ปี พ.ศ.2403 จูเลียส วอน ซาค และลูกศิษย์เป็นผู้วางรากฐานงานทดลองไฮโดรโพนิกส์ในห้องปฏิบัติการเขาใช้เทคนิคไฮโดรโพนิกส์ปลูกพืชเพี่อตรวจสอบกิจกรรมต่างๆ ของพืชทางสรีรวิทยา เช่น ใช้ตรวจสอบความต้องการปริมาณธาตุอาหารของพืชแต่ละชนิด ใช้ในการทดลองให้เห็นจริงว่าพืชต้องการแสงสว่างสำหรับการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ ทดลองความสัมพันธ์ของการใช้ธาตุคาร์บอน (C) สร้างแป้ง โดยในเวลานั้นนักวิทยาศาสตร์พบธาตุอาหารจำเป็นเพียง 10 ธาตุ จากจำนวนทั้งหมดที่พบในปัจจุบัน 16 ธาตุ
          ในช่วงรัชกาลที่ 4 ถึงช่วงปลายรัชสมัยรัชการที่ 5 แห่งกรุงรัตนโกสินทร์ หรือประมารกว่าร้อยปีมาแล้ว งานปลูกพืชในสารละลายที่ทดลองกันในต่างประเทศเริ่มมีมาตรฐานขึ้นมาบ้าง คือมีการกำหนดมาตรฐานสูตรอาหารว่า ถ้าสูตรอาหารมีเนื้อสารระหว่าง 0.1–0.6 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ก็จะมีผลช่วยให้พืชที่ปลูกอยู่เจริญเติบโตตามปรกติ ดังที่พบในสูตรอาหารหลายสูตร ซึ่งแต่ละสูตรตั้งชื่อตามชื่อของนักวิทยาศาสตร์ที่เป็นผู้สร้างสูตรนั้นขึ้น
          ช่วงเวลาระหว่างปี พ.ศ.2408 – 2463 เป็นช่วงเวลาที่นักวิทยาศาสตร์ทางด้านสรีรวิทยาพืช ช่วยกันสร้างสูตรอาหารใหม่หลายสูตรด้วนกัน นักวิทยาศาสตร์กลุ่มแรกที่ช่วยกันพัฒนาสูตรอาหารที่จะใช้เลี้ยงพืชแบบไฮโดรโพนิกส์ (hydroponics) ได้แก่ ซาค และนอพ (Sachs and Knop, 2405-2408) เอฟ นอบเบ (F.Nobbe, 2412), บี. ทอลเลนซ์ (B. Tollen, 2422), เอ. เอฟ. ดับเบิลยู. สคิมเปอร์ (A.F.W Schimper, 2433), ดับเบิลยู. เฟฟเฟอร์ (W. Pferffer, 2448), จี.วอน เดอร์ โครน (G.vonder Crone, 2445), ดับเบิลยู. อี. ทอตติงแฮม (W.E.Tottingham, 2457) และ ดี.อาร์.ฮ็อกแลนด์ (D.R. Hoagland, 2463)
          ในปี พ.ศ.2445 วอนเดอร์ โครน (Vonder Crone) เน้นการให้ธาตุแคลเซียม และฟอสฟอรัสในรูปของเกลือ calcium phosphate (Ca3PO4)2 และเกลือ Ferric phosphate (FePO4) ซึ่งมีราคาถูกกว่าสารเกลือพวก monopotassium phosphate และเกลือ calcium nitrate เพื่อใช้ในการทดลองปลูกพืชในห้องปฏิบัติการ สารละลายธาตุอาหารของวอนเดอร์ โครน มีสารประกอบเกลือรวมกัน 0.2 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก
          ในปี 2458 เจ. ดับเบิลยู. ชิฟ (J.W. Shive) เสนอสูตรของเขาที่ไม่ใช้สารเกลือ potassium nitrate แต่เพิ่มธาตุ K ในรูปของเกลือ KH2PO4 สูตรของชิฟ (Shives solution) จึงมีเกลือเป็นสารประกอบพบว่าสูตรอาหารของชิฟเข้มข้น 0.512 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักและวัดค่าแรงดันออสโมซิสได้ 1.5 atmosphere ชิฟรายงานว่าสารดัดแปลงของเขาเหมาะต่อการปลูกพืชมากที่สุด
          ระหว่างช่วงปี พ.ศ.2462–2463 ดี. อาร์. ฮ็อกแลนด์ (D.R. Hoagland) ก็ได้ให้ข้อมูลเพิ่มเติมว่า พืชเจริญเติบโตได้ดีในสารอาหารที่มีความดันออสโมซิส 0.48–1.45 atmosphere
          การศึกษาในเรื่องของสารละลายอาหารพืชสำหรับการทดลองในห้องปฏิบัติการเน้นเฉพาะเรื่องของการปลูกพืชด้วยสารละลาย (solution culture) เริ่มตั้งแต่ปี พ.ศ.2403 ในยุคของซาคและนอพ จนกระทั่งถึงปี พ.ศ.2463 จึงถึงยุคของฮ็อกแลนด์ ในช่วงเริ่มแรกของการทดลองสารละลายอาหาร (solution culture) นักวิทยาศาสตร์ไม่ชอบให้มีการปนเปื้อนในสารละลายอาหารที่ปลูกพืช เพราะจะทำให้พวกเขาอธิบายเรื่องบทบาทของธาตุอาหารได้ไม่ชัดเจน มีประวัติเล่ากันมาว่าทั้งซาคและนอพไม่สนใจการปลูกพืชโดยใช้วัสดุปลูกเลย เพราะวัสดุปลูกเป็นแหล่งของสารปนเปื้อน อุปกรณ์งานทดลองเรื่องธาตุอาหารพืชของนักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้ในช่วงแรกจะมีลักษณะการปลูกโดยใช้ขวดสีชาบรรจุสารอาหาร มีฝาจุกขวดรองรับพืชที่จุ่มเฉพาะส่วนรากในสารละลายอาหาร ส่วนของจุกจะเป็นวัสดุพรุนเพื่อให้อากาศผ่านเข้าและออกจากขวดได้สะดวก
          เมื่อถึงปี พ.ศ.2463 ซึ่งตรงกับรัชสมัยของพระบาทสมเด็จพระมงกุฎเกล้าเจ้าอยู่หัวรัชกาลที่ 6 แห่งกรุงรัตนโกสินทร์ นักวิทยาศาสตร์ซึ่งล้วนแต่เป็นชาวต่างประเทสได้เริ่มหันมาสนใจทดลองปลูกพืชในทรายซึ่งพวกเขาเรียกกันวา sand culture นักวิทยาศาสตร์ที่ทดลองปลูกพืชแบบ sand culture พบว่ารากพืชที่ปลูกในทรายเจริญเติบโตดีกว่าที่ปลูกในสารละลาย จึงทำให้รากพืชหลายชนิดที่ปลูกในทรายเจริญเติบโตดีกว่าที่ปลูกในสารละลาย เหตุผลนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์คิดถึงการให้ก๊าซออกซิเจนกับสารละลายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการปลูกพืชในสารละลายอาหารโดยเริ่มแรกใช้วิธีแรกง่ายๆ เช่น ใช้ปากเป่าหลอดกาแฟเพื่อให้ฟองอากาศกับสารละลายในขวดที่ปลูกพืช ปรากฏผลว่าพืชที่ปลูกในสารละลายกลับเจริญเติบโตได้ดีกว่า และให้ผลผลิตสูงกว่าพืชชนิดเดียวกันที่ปลูกในทราย เมื่อนักวิทยาศาสตร์ทำการตรวจสอบปริมาณของสารละลายอาหารที่พืชใช้ก็พบว่า รากพืชที่ได้รับก๊าซออกซิเจนเพิ่มขึ้นจากการทำฟองอากาศให้กับราก สามารถดูดธาตุอาหารจากสารละลายอาหารไปใช้ได้มากกว่างรากพืชชนิดเดียวกันที่ปลูกอยู่ในทราย
          อย่างไรก็ตามระหว่างปี พ.ศ.2463 – 2468 การปลูกทั้งสองแบบก็ยังอยู่ในห้องทดลองปฏิบัติการทางสรีรวิทยาพืช โดยเฉพาะในการศึกษาเรื่องธาตุอาหารพืช ยังไม่มีการทดลองในแนวทางเพื่อเพิ่มผลผลิตพืช (plant production) เหมือนเช่นปัจจุบันนี้
          ปี พ.ศ. 2468 มีการปลูกพืชในสารละลายในระดับโรงเรือนเพื่อผลิตพืชเชิงอุตสาหกรรมขึ้น เพื่อใช้แก้ปัญหาที่เกิดจากการปลูกพืชในดินบางประการ ซึ่ง Professor Dr. William F. Gericke ได้คิดค้นเทคนิคการเติมอากาศเข้าไปในสารละลายที่ใช้ปลูกพืช และได้เปลี่ยนชื่อระบบการปลูกพืชในสารละลาย (Nutriculture System) และในสหรัฐอเมริกาเริ่มมีผู้สนใจปลูปเลี้ยงพืชในสารละลายธาตุอาหารเพื่อผลิตเป็นการค้า มีการพัฒนาระบบการให้น้ำยา และในทรายที่สถานีทดลองการเกษตร มลรัฐแคลิฟอร์เนีย
          ปี พ.ศ. 2475 ดับเบิลยู. อี. ทอตติงแฮม (W.E. Tottingham) เป็นนักวิทยาศาสตร์อีกท่านหนึ่งที่ศึกษาวิจัยหาสูตรอาหารที่เหมาะสมที่จะใช้ปลูกพืชในห้องปฏิบัติการเขาใช้สารประกอบอาหารหลัก 4 ชนิดของนอพ อันได้แก่เกลือ potassium nitrate, monopotassium phosphate, calcium nitrate และ magnesium sulfate ในการทดลอง ในที่สุดเขาก็สรุปว่าสูตรอาหารพืชที่เหมาะสมสำหรับการใช้ประกอบด้วย

          สารอาหารรองที่เติมลงไปด้วยเล็กน้อยมี ferrous sulphate, ferric ammonia, citrate, manganese sulphate, manganese chloride, boric acid, borax, sodium tetraborate, copper sulphate และ zinc sulphate

การใช้ประโยชน์ในเชิงพาณิชย์
          ความคิดในเรื่องการเพาะปลูกพืชแบบไฮโดรโพนิกส์ เพื่อการค้าเริ่มครั้งแรกในเรือนเพาะชำในประเทศสหรัฐอเมริกาที่เป็นเช่นนี้เพราะว่าเกษตรกรที่อยู่ใกล้เมืองใหญ่เริ่มมีปัญหาในพื้นที่ดินเพาะปลูก เช่นดินที่ทำการเพาะปลูกมานานเริ่มเสื่อมโทรม บางพื้นที่ใกล้เมืองมีการนำพื้นที่ไปก่อสร้างใช้ประโยชน์ทางด้านอื่นจนพื้นที่เพาะปลูกน้อยลงเป็นต้นว่ามีการใช้ที่ดินทำถนนไฮเวย์ขนาดใหญ่ มีการปลูกบ้านที่อยู่อาศัยกันอย่างแออัดมากขึ้น ทำให้ที่ดินโดยรอบเมืองใหญ่เกิดสภาพสะสมมลพิษไม่เหมาะสมที่จะใช้ทำการเพาะปลูก ดังนั้นความคิดเรื่องที่จะใช้การเพาะปลูกพืชแบบไฮโดรโพนิกส์บนผืนดินที่อยู่ใกล้เมืองทดแทนการเพาะปลูกพืชบนดินจึงได้เริ่มขึ้น ในปี พ.ศ.2471 ดับเบิลยู. อาร์. รอบบินส์ ทำงานอยู่ที่สถานีวิจัยรัฐนิวเจอซี่ได้เขียนรายงานบอกให้ทราบถึงความเป็นไปได้ที่จะผลิตพืชโดยวิธี sand culture ภายหลังจากที่เขาประสบความสำเร็จในการปลูกผักและต้นกล้าไม้ผลใน sand culture ซึ่ง เอช. คอนเนอร์ ก็มีความเห็นตรงกันกับ ดับเบิลยู. อาร์. รอบบินส์ที่แนะว่าการปลูกต้นคาร์เนชั่นใน sand culture ได้ผลอีกหนึ่งปีต่อมาคือ ใน พ.ศ.2472 ศาสตราจารย์ ดร.ดับเบิลยู. เอฟ. เกริก แห่งมหาวิทยาลัยคาลิฟอร์เนียก็ได้สร้างอุปกรณ์ที่เหมาะสมสำหรับปลูกต้นมะเขือเทศในระบบ solution culture ได้สำเร็จ
          มาถึงตอนนี้ การปลูกพืชแบบ solution culture ก็ได้ชื่อใหม่ว่าไฮโดรโพนิกส์ (hydroponics) ศาสตราจารย์ ดร.เกริก ทดลองปลูกมะเขือเทศโดยใช้เทคนิคไฮโดรโพนิกส์อย่างต่อเนื่องมาอีกถึง 10 ปีก็ได้ข้อสรุปว่า เทคนิคที่เขาทดลองนี้มีประสิทธิภาพมากเนื่องจากถังไฮโดรโพนิกส์สร้างขึ้นใช้พื้นที่เพียง 9.2 ตารางเมตร สามารถผลิตผลมะเขือเทศสดได้ถึง 1,000 กิโลกรัมต่อปี
          ในทางปฏิบัติศาสตราจารย์ ดร.เกริก แนะนำว่าไม่ควรใส่สารละลายอาหารเต็มถังปลูก ควรจะปล่อยให้มีช่องอากาศเหนือสารละลาย โดยวัดจากผิวสารละลายถึงฝาปิดประมาณ 2.5–5 เซนติเมตร ระยะห่างในการปลูกต้นมะเขือเทศ ระหว่างแถว 40 เซนติเมตร ระหว่างต้น ในแต่ละแถว 30 เซนติเมตร อุณหภูมิในบรรยากาศที่ใช้ปลูกมะเขือเทศ 22o–25oC ต้นมะเขือเทศจะเจริญเติบโตได้รวดเร็วและสูงถึง 7.5 เมตร ภายในเวลาหนึ่งปี
          ซึ่งแม้ว่างานของศาสตราจารย์ ดร.เกริก จะประสบความสำเร็จอย่างเห็นได้ชัดมีคนชื่นชมและสนใจเป็นจำนวนมากแต่ผู้ที่ทำตามและประสบความสำเร็จกลับมีน้อยมากทั้งนี้เพราะในตอนนั้นการปลูกพืชแบบไฮโดรโพนิกส์ ยังเป็นเทคนิคใหม่อยู่และเป็นการยากที่ผู้ทำตามจะมีประสบการณ์ดูแลต้นพืชที่ปลูกได้ดีเหมือนศาสตราจารย์ ดร.เกริก
          งานทางด้านเทคนิคได้รับการพัฒนาต่อมาโดย อาร์. บี. วิทโทรว และเจ. พี. ไบเบิลที่มหาวิทยาลัยเปอร์ดัว ประเทศสหรัฐอเมริกา เขาติดตั้งอุปกรณ์สำหรับให้สารอาหารอัตโนมัติในระบบ subirrigation ส่วน ซี. เอช. คอนเนอร์ และวี. เอ. ไทด์เจนซ์ ก็ได้ทำการศึกษาพัฒนาวิธีการให้สารอาหารต่อเนื่องแบบ subirrigation
          ในปี พ.ศ.2481 การปลูกพืชแบบไฮโดรโพนิกส์แพร่เข้าไปในประเทศอังกฤษ โดยนักวิทยาศาสตร์ ชื่อ อาร์. เอช. สตัพตัน แห่งมหาวิทยาลัยรีดดิงเป็นผู้เริ่มต้นทดลองปลูกมะเขือเทศและพืชอื่นๆ เขาพยายามดัดแปลงเทคนิคของชาวอเมริกันให้เป็นแบบของชาวอังกฤษ นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษอีก 2 คน ชื่อ ดับเบิลยู. จี. เทมเบิลแมน และเอ็น. พอลลาร์ด ได้ช่วยกันทำงานวิจัยทำข้อมูลเพิ่มเติมที่สถานีวิจัยจีลลอกต์ฮิลล์ โดยทำไปพร้อมๆ กันกับประชาชนที่มีอาชีพนี้ ในปีเดียวกันมีนักวิทยาศาสตร์ชื่อ Hoagland and Arnon ได้พัฒนาสารละลายธาตุอาหารพืชขึ้น
          พ.ศ.2483สำหรับประเทสฝรั่งเศส พี. โชอาร์ค เป็นผู้ริเริ่ม เขาได้ช่วยให้เกษตรกรฝรั่งเศสมีชื่อเสียงทางด้านการปลูกกุหลาบโดยใช้เทคนิคไฮโดรโพนิกส์เข้าช่วย
         อย่างไรก็ตามการปลูกพืชไร้ดินแพร่กระจายออกไปยังตะวันออกไกลได้เพราะสงครามโลกครั้งที่ 2 โดยในปี พ.ศ.2487 พลเอก เอช. เอช. อาร์นอลด์ ผู้บัญชาการกองทัพสหรัฐในตอนนั้นได้ตัดสินในที่จะใช้การปลูกพืชไร้ดิน ในการปลูกผักเลี้ยงทหารและเจ้าหน้าที่ในกองทัพอากาศ โดยเฉพาะที่ประจำอยู่ตามเกาะและมีปัญหาแหล่งดินไม่อุดมสมบูรณ์ เขาทำฟาร์มไฮโดรโพนิกส์ขึ้นครั้งแรกที่เกาะแอสเซ็นซัน (พ.ศ.2488) ฟาร์มของเขามีลักษณะเป็นแปลงปลูกจำนวน 25 แปลง แต่ละแปลงยาว 122 เมตร กว้าง 1 เมตร รดน้ำด้วยน้ำกลั่นจากน้ำทะเล ในหนึ่งปีที่ปลูก ฟาร์มนี้ผลิตผักสลัดอันประกอบด้วย มะเขือเทศ แตงกวา ผักกาดหอม หัวผักกาดและพริกเขียว ได้ถึง 42,638 กิโลกรัม ในปีต่อไปได้ขยายการผลิตไปที่แอตคินสันฟิลด์ ซึ่งที่นี้ผลิตได้ถึง 106,259 กิโลกรัมต่อปี เมื่อทหารอเมริกันยึดเกาะของญี่ปุ่นได้ จึงได้เพิ่มการปลูกผักแบบไร้ดินอีก 2 แห่งคือที่โชฟุและอัตสุ รวมแล้วทหารอากาศอเมริกันมีฟาร์มผลิตผักแบบไร้ดิน ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ถึง 31 เฮคแตร์หรือประมาณ 194 ไร่ ซึ่งการได้รับประทานผักสดๆ เป็นส่วนหนึ่งที่มีโอกาสช่วยบำรุงขวัญกำลังใจในการรบของทหารอากาศสหรัฐได้ดีเป็นอย่างยิ่ง
         ในช่วงนั้นมีการคำนวณเป็นรายละเอียดไว้ว่า จะต้องใช้พื้นที่ 1.56 ไร่ (1/4 เฮคแตร์) ทำแปลงผัก 10 แปลง เพื่อเลี้ยงทหารอเมริกัน 400 คน ใน 1 มื้อ โดยใช้ปุ๋ยเกรดธรรมดาผสมเป็นสูตรอาหารเลี้ยงผัก สูตรอาหารหลักประกอบด้วยเกลือ

          สารอาหารรองที่เติมลงไปด้วยเล็กน้อยมี ferrous sulphate, ferric ammonia, citrate, manganese sulphate, manganese chloride, boric acid, borax, sodium tetraborate, copper sulphate และ zinc sulphate
          ปี พ.ศ.2488ในประเทศอินเดีย เจ. โซลโต ดักกลาส เป็นผู้ริเริ่มการปลูกพืชแบบไร้ดิน เขาได้ประดิษฐ์กระบะปลูกแบบเบงกอลขึ้นในอินเดีย
          ปี พ.ศ.2493 การผลิตพืชในโรงเรือนได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายมากขึ้นในยุโรปและเอเชีย ไฮโดรโพนิกส์ได้นำไปสู่งานทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน เช่น การปลูกพืชในกรวด ทรายหินลอยน้ำ เวอร์มิคูลไลท์ ขี้เลื่อย ร่วมกับการเติมสารละลายธาตุอาหารพืช จากนั้นภายหลังจากสงครามโลกครั้งที่ 2 มีการขยายงานปลูกพืชไม่ใช้ดินเพื่อการค้าได้รับการพัฒนาไปทั่วโลกในหลายประเทศ เช่น อิตาลี สเปน ฝรั่งเศส เยอรมัน อังกฤษ สวีเดน สหภาพรัสเซีย และอิสราเอล เป็นต้น และเป็นจุดกำเนิดสำหรับการปลูกผักไม่ใช้ดินในเอเชียในเวลาต่อมา
          ปี พ.ศ. 2500 สำหรับประเทศไทยการปลูกพืชไม่ใช้ดินเริ่มจากการทดลองของสถาบันการศึกษาต่างๆ และมีการพัฒนาเพื่อให้สามารถทำเป็นการค้าได้
          ปี พ.ศ. 2513 มีการใช้ระบบการปลูกพืชพืชแบบไฮโดรโพนิกส์ขนาดใหญ่ในพื้นที่ทะเลทราย บริเวณรัฐแคลิฟอร์เนีย อริโซนา และประเทศอิหร่าน เป็นช่วงเดียวกับประเทศออสเตรเลีย (พ.ศ. 2503-2513) ผู้ปลูกพยายามเพิ่มผลผลิตผัก โดยใช้การปลูกเลี้ยงพืชแบบไฮโดรโพนิกส์ แต่ไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากผู้ปลูกยังขาดความเข้าใจอย่างท่องแท้ถึงความแตกต่างระหว่างการปลูกพืชในดินกับการปลูกพืชแบบไฮโดรโพนิกส์
          ในปี พ.ศ.2516 การศึกษาทางด้านไฮโดรโพนิกส์ได้ขยายเข้าไปในมหาวิทยาลัยโอไฮโอ เมื่อมีการศึกษาค้นคว้ามากขึ้น ก็มีข้อมูลในการปลูกพืชแบบไฮโดรโพนิกส์มากขึ้น ทำให้การปลูกพืชแบบไฮโดรโพนิกส์ในเชิงพาณิชย์เริ่มมากขึ้นในปีต่อๆ มา
          ปี พ.ศ. 2526 ประเทศไทยเริ่มปลูกเป็นการค้าที่ตำบลนาดี อำเภอกระทุ่มแบน จังหวัดสมุทรสาคร โดยชาวไต้หวันเป็นผู้นำเทคโนโลยีนี้เข้ามา หลังจากนั้นเทคโนโลยีการปลูกพืชไม่ใช้ดินก็แพร่หลายไปยังผู้ประกอบการรายอื่นๆใช้เวลาเกือบ 10 ปีกว่าจะแพร่หลาย และพัฒนาระบบที่เหมาะสมกับสภาพภูมิประเทศของแต่ละประเทศ
          ปี พ.ศ. 2533 หลายประเทศผลิตผัก ผลไม้พวกเบอรี่ และไม้ตัดดอก โดยใช้วิธีการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดิน ซึ่งระบบที่ได้รับความนิยมสูงสุดคือ การปลูกพืชโดยใช้ร็อควูล (rockwool) เป็นวัสดุปลูก และการปลูกแบบให้สารละลายไหลผ่านรากเป็นฟิล์มบางๆ (Nutrient Film Technique : NFT)
          ปี พ.ศ. 2540 มูลนิธิโครงการหลวงได้นำวิธีการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินมาใช้ในการปลูกผักสลัด และพืชผักชนิดต่างๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยใช้ระบบปลูกแบบ NFT, DRF, DRFT และในวัสดุปลูก (substrate Culture) แต่ละระบบนำมาใช้ปลูกผักในบริเวณพื้นที่สูงต่างๆ ที่มีอากาศเย็น พบว่า สามารถเพาะปลูกได้ดีมาก และสามารถปลูกผักได้ตลอดทั้งปี

ปัจจุบัน
          ในปัจจุบันการปลูกพืชไม่ใช้ดินพัฒนาไปมาก ทำให้มีผู้สนใจเทคนิคนี้และใช้ปลูกพืชเพื่อเพิ่มผลผลิตเป็นจำนวนมากในต่างประเทส สาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดแรงจูงใจดังกล่าวก็เพราะปัจจุบันอยู่ในยุคของการใช้วัสดุปลูกพลาสติกทดแทนวัสดุที่แต่เดิมเป็นพวกโลหะ การใช้วัสดุพลาสติกทดแทนวัสดุพวกโลหะทำให้ต้นทุนในการปลูกแบบไร้ดินถูกลงตัวอย่างของวัสดุและอุปกรณ์ที่ราคาถูกลง ได้แก่ ท่อน้ำ เครื่องปั๊มน้ำ หลังคาพลาสติกที่มีคุณภาพ ประเภททดแทนรางปลูกที่ทำด้วยพลาสติก หรือแปลงปลูกที่ปูด้วยพลาสติกและถุงปลูกขนาดต่างๆ ที่ทำด้วยพลาสติก
          เทคนิคการปลูกพืชไม่ใช้ดินทำให้สามารถปลูกพืชผักได้ทุกภูมิอากาศทั่วโลกโดยมีการปลูกมากในทวีปอเมริกาเหนือและยุโรปฟาร์มปลูกพืชผักส่วนใหญ่มีขนาดใหญ่ตั้งแต่ 10 ไร่ขึ้นไป ตัวอย่างฟาร์มโบนิตา ที่เมืองโบนิตา รัฐอริโซนา ปลูกมะเขือเทศมากกว่า 20 ไร่ สันโกรกรีนเฮาส์ที่เมืองลาสเวกัส รัฐเนวาดาปลูกมะเขือเทศมากกว่า 12 ไร่ เบอร์แนซฟอร์ท เพียร์ซ ที่รัฐฟลอลิดาปลูกแตงกวามากกว่า 30 ไร่ และฟาร์มฮาว์เวลิง เนิสเซอรีที่เมืองเคลต้า เขตบริติสโคลัมเบีย ประเทศแคนาดาก็ปลูกแตงกวามากกว่า 30 ไร่ เหมือนฟาร์มเบอร์แนซฟอร์ท เพียร์ซที่ฟลอริดา
          กิจการปลูกพืชไม่ใช้ดินเจริญรุ่งเรืองมากในอเมริกาเหนือและยุโรป ประมาณกันว่าประเทศที่มีพื้นที่ปลูกมากคือ สเปนและฮอลแลนด์มากกว่า 10,000 ไร่ อังกฤษ 5,000 ไร่ แคนาดา 1,500 ไร่ และสหรัฐอเมริกา 600 ไร่ สำหรับประเทศอื่นๆ ที่ปลูกมากได้แก่ประเทศอิสราเอล คูเวต อิหร่าน แอฟริกาใต้ ประเทศบริเวณตอนกลางทวีปแอฟริกา บริเวณแถบชายฝั่งตะวันออกของทวีปแอฟริกา บราซิล โปแลนด์ มาเลเซีย และสิงคโปร์

ภาพที่ 1.2 การปลูกพืชผักแบบไม่ใช้ดินในระบบ NFT

อนาคต
          เนื่องจากการปลูกพืชไม่ใช้ดินเพื่อการค้าเกิดขึ้นนับถึงปัจจุบันมีอายุเพียง 58 ปี เท่านั้น จึงต้องมีการพัฒนาต่อไปอีก การพัฒนาระบบปลูกพืชไม่ใช้ดินให้มีประสิทธิภาพต้องทำทั้งในรูปแบบ นอกโรงเรือน และในโรงเรือน นอกจากนี้ยังต้องพัฒนาในรูปแบบอื่นๆ อีกหลายรูปแบบ เช่น การทดลองปลูกผักในเรือดำน้ำปรมาณูเพื่อให้ลูกเรือได้รับประทานผักสด และได้รับก๊าซออกซิเจนพอเพียงขณะที่เรือกำลังดำน้ำอยู่ หรือการทดลองปลูกในสถานีอวกาศเพื่อให้มนุษย์ที่อยู่นอกโลกได้มีผักสดรับประทานทั้งใช้ผักสดสร้างก๊าซออกซิเจนในสถานีอวกาศด้วย

ภาพที่ 1.3 การปลูกพืชไม่ใช้ดินในอาคารด้วยหลอดไฟ LED
ที่มา: drannelinepadayachee.wordpress.com

          ในพื้นที่หลายแห่งของโลกที่เป็นดินทราย พื้นที่บนเกาะที่เป็นดินเกิดใหม่พวกดินภูเขาไฟ มีความอุดมสมบูรณ์น้อย ประชาชนในพื้นที่เหล่านั้น ก็ได้อาศัยเทคนิคการปลูกพืชไม่ใช้ดินทำการเพาะปลูกผักไว้รับประทาน พื้นที่บนเกาะบางแห่งเป็นแหล่งท่องเที่ยวมักจะมีนักท่องเที่ยวไปพักผ่อนเป็นจำนวนมากต่อปี เช่น เกาะฮาวายทำให้มีการสร้างโรงแรมและบ้านพักจำนวนมาก พื้นที่เพาะปลูกบนเกาะเหลือน้อยลง ไม่อาจจะทำการเพาะปลูกแบบใช้ดินได้ ก็จำเป็นต้องอาศัยการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินผลิตผักจึงจะเพียงพอต่อการใช้รับประทานบนเกาะ ในปัจจุบันพื้นที่เกาะหลายแห่งของประเทศไทย เช่น ภูเก็ต สมุย พงัน และตะรุเตา ก็มีลักษณะเดียวกันกับเกาะฮาวาย จึงควรมีแผนการปลูกพืชไม่ใช้ดินบนเกาะต่างๆ เหล่านั้น เพื่อเตรียมผักสดที่ปลอดสารพิษไว้บริการนักท่องเที่ยวที่มาพักผ่อนบนเกาะ กิจการปลูกพืชไม่ใช้ดินนับเป็นหนทางหนึ่งที่จะช่วยส่งเสริมสนับสนุนให้กิจการท่องเที่ยวโดยรวมของประเทศไทยดีขึ้น

บทสรุป
          การปลูกพืชไม่ใช้ดิน มีความหมายว่า การปลูกพืชในวัสดุที่ไม่ใช้ดิน ให้พืชเจริญเติบโตในสภาพที่มีการควบคุมอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งการปลูกพืชไม่ใช้ดินมีความหมายตรงกับภาษาอังกฤษหลายคำแต่ที่นิยมใช้กันมากคือ คำว่า Hydroponics การปลูกพืชไม่ใช้ดินมีมานานเห็นได้จากสวนลอยฟ้าของพวกบาบิลอน และชนเผ่าอัซเทคส์ และได้มีการพัฒนาวิจัยว่าพืชเติบโตได้อย่างไร จนศาสตราจารย์ ดร.เกริก พัฒนาระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดินเป็นการค้าสำเร็จจึงได้รับความนิยมแพร่หลายไปทั่วโลก ปัจจุบันการปลูกพืชไม่ใช้ดินพัฒนามาไกลมากจนสามารถปลูกพืชเป็นอุตสาหกรรม อนาคตเมื่อประชากรเพิ่มขึ้นและขาดแขลนอาหารเทคโนโลยีการปลูกพืชไม่ใช้ดินจะทำให้มนุยษ์มีพืชผักสดรับประทาน