ระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดิน

          การปลูกพืชไม่ใช้ดินมีมากมายหลายระบบที่เกิดจากการพัฒนารูปแบบกันมาเป็นเวลานาน เพื่อให้เหมาะสมต่อสภาพพื้นที่และอากาศของแต่ละประเทศผู้พัฒนา และสามารถแบ่งได้ 3 ระบบ ตามลักษณะการให้สารละลายธาตุอาหารกับรากพืช คือ

1. ระบบการปลูกพืชในสารละลาย (Water Culture)
          การปลูกพืชในสารละลายจัดเป็นระบบการปลูกพืชที่เรียกว่า ไฮโดรโพนิกส์อย่างแท้จริง วิธีนี้ได้รับความนิยมมาก โดยมีหลักการที่สำคัญคือ ให้ธาตุอาหารพืชในรูปของสารละลาย ให้รากพืชจุ่มลงในสารละลายธาตุอาหารโดยตรง และค้ำจุนลำต้นพืชไว้เพื่อการทรงตัวของต้นพืช ปัจจุบันระบบการปลูกพืชในสารละลายนี้แบ่งออกเป็น 3 ระบบที่สำคัญ คือ

          1.1 ระบบเอ็นเอฟที (Nutrient Film Technique : NFT) ผู้ที่ริเริ่มนำระบบการปลูกพืชแบบ Nutrient Film Technique (NFT) หรือการปลูกพืชในสารละลายที่ไหลเป็นฟิล์มบาง เป็นคนแรกคือ Allen Cooper ในปี ค.ศ.1965 (Resh, 1991a) Cooper (1979) ให้คำจำกัดความของคำว่า Nutrient - Film Technique Crop Production ว่า เป็นวิธีการผลิตพืชโดยให้สารละลายธาตุอาหารไหลผ่านระบบรากซึ่งอยู่ในรางแคบเป็นฟิล์มบางๆ โดยมีการหมุนเวียนของสารละลายธาตุอาหารกลับมาใช้อีก ซึ่งในระบบจะไม่มีการใช้วัดสุปลูกอื่น ระบบรากซึ่งเจริญเติบโตอยู่ในรางปลูกจะแผ่สานกันเป็นแผ่นหนา เรียกว่า root mat ซึ่งบางส่วนจะสัมผัสอยู่กับสารละลายธาตุอาหารและส่วนบนจะสัมผัสกับอากาศโดยตรง รากพืชบริเวณที่อยู่เหนือระดับสารละลายขึ้นมาจะได้รับธาตุอาหารด้วยแรง capillary ผ่าน root mat

          องค์ประกอบของระบบ (Mason, 1990)

          1) รากปลูก (Gullies) ใช้สำหรับปลูกพืช และยึดส่วนของพืชไว้ ตัวรางจะทำด้วย polythene, PVC, Fiber Glass, โลหะ หรือคอนกรีต เป็นต้น วัสดุที่ใช้ทำรางปลูกบางชนิดอาจเป็นพิษกับพืชทำให้พืชชะงักการเจริญเติบโต จึงไม่เหมาะที่จะนำมาใช้ในการทำรางปลูก การใช้โลหะทำรางปลูกจะทำให้เกิดสนิมขึ้น ซึ่งจะไปทำให้สารละลายธาตุอาหารเกิดการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบไปทำให้เป็นพิษกับพืชได้ นอกจากนี้ยังทำให้เกิดการอุดตันในท่อต่างๆ
          ขนาดของรางปลูกควรมีความกว้างประมาณ 10 – 15 เซนติเมตร หากปลูกพืชแบบแถวเดี่ยว และยาวประมาณ 25 – 30 เมตร (ไม่ควรเกิน 30 เมตร) โดยทั่วไปการติดตั้งรางปลูกจะให้มีความลาดชันประมาณ 1:150 ซึ่งจะทำให้การไหลเวียนของสารละลายเป็นไปโดยสะดวก อุณหภูมิภายในรางปลูกที่เหมาะสมคือประมาณ 18 – 22 องศาเซลเซียส
          2) ท่อรับสารละลายธาตุอาหารจากรางปลูกสู่งถังรับสารละลาย (catchment tank)
          3) ถังรับสารละลายใช้แล้ว (catchment tank)
          4) ปั๊มสำหรับดึงสารละลายขึ้นสู่ถังเก็บ หรือรางปลูก
          5) ท่อส่งสารละลาย ซึ่งจะมีสารละลายไหลผ่านไปสู่รางปลูก
          6) ถังบรรจุสารละลายเข้มข้น สารละลายกรด (ในกรณีใช้ระบบควบคุมแบบอัตโนมัติ)
          7) อุปกรณ์ควบคุม pH, EC
          8) โต๊ะหรือขาตั้งสำหรับวางรางปลูก

ระบบการนำส่งสารละลาย
          สารละลายจากถังรับอาจถูกส่งโดยตรงไปยังรางปลูกด้านหนึ่งได้โดยใช้แรงดึงจากปั๊ม หรืออาจจะถูกดูดไปเก็บไว้ในถังเก็บซึ่งอยู่ในระดับที่สูงกว่าก่อน (Header tank) แล้วปล่อยลงสู่รางปลูกโดยอาศัยแรงดึงดูดของโลก การส่งสารละลายโดยใช้ Header tank นี้จำเป็นต้องอุปกรณ์ช่วยเพิ่มเติม คือ มีการติดตั้งลูกลอยในถังเก็บสารละลายเพื่อใช้ควบคุมระดับของสารละลายในถังทั้งสองไม่ให้ต่ำกว่าระดับปกติ สารละลายที่ไหลอยู่ในรางปลูกจะถูกส่งผ่านเข้าไปประมาณ 2 – 3 นาที จากนั้นก็จะหยุดอยู่ระยะเวลาหนึ่งประมาณ 15 – 60 นาที จึงไหลต่อไปทั้งนี้ขึ้นอยู่กับพืชและขนาดของระบบด้วย ระดับของสารละลายที่ผ่านรางปลูกจะลึกประมาณ 2 – 3 mm

ข้อเสียของระบบ

          1. หากเกิดไฟฟ้าขัดข้อง ทำให้ระบบการหมุนเวียนสารละลายหยุดชะงัก จะทำให้รากของพืชแห้งเป็นอันตรายกับพืชได้
          2. หากระบบปลูกอยู่กลางแจ้งซึ่งได้รับแสงโดยตรง จะทำให้ระบบรากได้รับความร้อนรวดเร็วกว่าการปลูกแบบวัสดุผสมไร้ดิน
          3. รางปลูกอาจเกิดการอุดตัน เนื่องจากระบบรากที่เจริญอย่างรวดเร็ว การปรับความเป็นกรด – ด่างในสารละลาย
          ระดับของ pH ในการปลูกพืชแบบ NFT ไม่ควรจะต่ำกว่า 6 หรือสูงกว่า 6.5 หากระบบควบคุมความเป็นกรด – ด่างของสารละลายที่ใช้ไม่ไช่วิธีการควบคุมแบบอัตโนมัติ ควรมีการปรับ pH ทุกวัน กรดที่เหมาะสมสำหรับการปรับ pH ให้ลดลง ได้แก่ กรดฟอสฟอริก (H3PO4) และกรดไนติก (HNO3) ส่วนสารที่ใช้ในการปรับ pH ให้สูงขึ้น ได้แก่ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) หากน้ำที่ใช้มีปริมาณของแคลเซียมสูง การใช้กรดไนตริกอาจจะดีกว่ากรดฟอสฟอริก เนื่องจากแคลเซียมไอออนในน้ำอาจทำปฏิกิริยากับกรดฟอสฟอริกได้แคลเซียมฟอสเฟต ซึ่งไม่ละลายน้ำทำให้เกิดการตกตะกอนขึ้นได้

การปรับค่าความเข้มข้นของสารละลาย (Cooper, 1979)

          ค่าความเข้มข้นของสารละลายวัดได้จากค่าความนำไฟฟ้า ในระบบ NFT ค่าความนำไฟฟ้าไม่ควรจะต่ำกว่า 2 mMho (millimhos) ซึ่งควรมีการตรวจวัดค่าความนำไฟฟ้าทุกวัน

อุณหภูมิของสารละลาย
          ข้อได้เปรียบที่สำคัญประการหนึ่งของปลูกแบบ NFT คือ สามารถควบคุมสภาพแวดล้อมบริเวณรากได้อย่างเหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุณหภูมิบริเวณรากโดยการควบคุมอุณหภูมิของสารละลายธาตุอาหารที่ไหลเวียนในระบบ Cooper (1979) รายงานว่า เมื่ออุณหภูมิของระบบรากเปลี่ยนแปลงไปจะมีผลต่อการดูดธาตุอาหารของพืช

ภาพที่ 2.2 การปลูกผักสลัดโดยวิธีการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดิน แบบ NFT

1.2 ระบบดีเอฟที (Deep Floating Technique : DFT)
          เป็นระบบการปลูกพืชในสารละลายลึก 15-20 เซนติเมตร ในระบบปลูกที่ไม่มีความลาดเอียง ปลูกบนแผ่นโฟม หรือวัสดุที่ลอยน้ำได้เพื่อใช้เป็นที่ยึดลำต้นมีการหมุนเวียนสารละลายจากถังพักขึ้นมาใหม่โดยใช้ปั๊ม การหมุนเวียนในระบบเช่นนี้จะเป็นการเพิ่มปริมาณออกซิเจนให้สารละลาย ระบบนี้อาจเรียกอีกชื่อว่า ระบบไฮโดรโพนิกส์ลอยน้ำ (Floating Hydroponic System) ระบบนี้จะแตกต่างจากระบบเอ็นเอฟทีตรงที่ปริมาณสารละลายที่ใช้ในระบบปลูกจะมีปริมาณมากกว่าหลายเท่าตัว ทั้งนี้เพื่อควบคุมให้อุณหภูมิมีความคงที่ และมีการเปลี่ยนแปลงน้อยในช่วงเวลาเดียวกัน

ภาพที่ 2.3 การปลูกผักสลัดโดยวิธีการปลูกพืชไม่ใช้ดิน แบบ DFT

1.3 ระบบดีอาร์เอฟที (Dynamic Root Floating Technique: DRFT)           เป็นระบบที่มีการพัฒนามาจากระบบของ ดร.เกริก (Prof. Dr. William F. Gericke) ที่ให้รากพืชแช่อยู่ในน้ำส่วนหนึ่ง และอีกส่วนหนึ่งลอยอยู่ในอากาศสร้างรากอากาศ เพื่อช่วยในการหายใจ ทำให้พืชเจริญในสารละลายที่อุณหภูมิสูงได้ดีกว่าระบบอื่นๆ ต่อมา ดร.เกา (Te Chen Kao) นักวิจัยและพัฒนาระบบไฮโดรโพนิกส์ชาวไต้หวันได้พัฒนาระบบของ ดร.เกริก โดยเพิ่มท่อปรับระดับน้ำในกระบะ (ท่อน้ำล้นที่มีระดับความสูงแตกต่างกัน) ช่วยปรับระดับน้ำให้สูงขึ้นหรือลดลงได้ตามระยะการเจริญเติบโตของพืช โดยกำหนดให้ระดับน้ำสูงเพียงพอที่จะทำให้รากพืชแช่อยู่ในน้ำ ได้ประมาณ 4 เซนติเมตร รากส่วนนั้นจะเป็นรากที่ดูดอาหาร (Nutrient Root) และรากส่วนบนที่เหนือจากสารละลายนี้จะพัฒนาเป็นรากที่หายใจ และดูดออกซิเจนเข้าราก เรียกรากส่วนนี้ว่า รากอากาศ (Aero Root) ระบบดีอาร์เอฟ ได้แบ่งเป็น 2 ระบบย่อย ได้แก่
          1.3.1 ระบบปรับลดระดับสารละลาย เป็นแบบที่ปล่อยในรากจมอยู่ในน้ำลึกในระบะแรก แล้วค่อยลดระดับน้ำลงจากระดับแรกที่สูงประมาณ 8 เซนติเมตร เหลือ 4 เซนติเมตร เพื่อเพิ่มช่องว่างอากาศ และให้พืชสร้างรากอากาศในระยะหลัง
          1.3.2 ระบบเออาร์-ดีอาร์เอฟ เป็นการปลูกพืชให้รากพืชคร่อมบนสันของรางปลูกที่ออกแบบมาโยเฉพาะ แล้วปล่อยสารละลายไปตามร่องสารละลายในระบบนี้จะเย็นกว่าแบบแรกเพราะมีระยะทางที่สั้นกว่าทำให้ใช้เวลาน้อย และน้ำจะมีปริมาณออกซิเจนมากกว่าระบบอื่นๆ

ภาพที่ 2.4 วิธีการย้ายต้นกล้าลงบนแผ่นโฟมในระบบ DRFT

2. ระบบการปลูกพืชโดยใช้วัสดุปลูก (Substrate culture)
          วิธีการนี้เป็นการปลูกพืชโดยเลือกใช้วัสดุปลูกที่ไม่มีดินเป็นองค์ประกอบ อาจปลูกลงแปลง หรือปลูกในภาชนะปลูกแบบต่างๆ เช่น ถุงพลาสติก (Bag culture) กล่องโฟม เป็นต้น วัสดุปลูกที่ใช้แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
          2.1 วัสดุที่เป็นอินทรีย์วัสดุ (Organic media) เป็นวัสดุที่ได้จากสิ่งมีชีวิต ซึ่งมีข้อดีคือ มักเป็นวัสดุที่อุ้มน้ำ และระบายอากาศดีมีสมบัติเป็น pH–buffering อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียคือ อาจมีโรคและแมลงติดมาด้วย อินทรียวัสดุที่ใช้ในระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดิน ได้แก่ พีท (Peat) ขี้เลื่อย (Sawdust) ขุยมะพร้าว (Coconut coir) ขี้เถ้าแกลบ (Charcoal husk) เปลือกข้าว (Rice–hulls) และวัสดุที่เป็นอินทรีย์วัสดุ (Inorganic media) ได้แก่ ทราย (Sand) กรวด (Gravel) เวอร์มิคิวไลต์ (Vermiculite) พลาสติกโฟม (Foam plastic) เพอร์ไลท์ (Perlite) เม็ดดินเหนียว (Clay pellets or Expanded clay pellets) และแท่ง rock wool

ภาพที่ 2.6 แกลบเผา กาบมะพร้าวสับ กากตะกอนหม้อกรองน้ำตาล และแกลบดิบ

การให้สารละลายธาตุอาหาร
          ระยะเวลาในการให้สารละลายธาตุอาหารขึ้นกับปัจจัยหลายประการ เช่น
          1) รูปร่างและความพรุนของวัสดุ หากวัสดุเป็นรูปร่างค่อนข้างกลมและลื่นจำเป็นต้องมีการให้สารละลายบ่อยครั้งกว่าปกติ
          2) ขนาดอนุภาคของวัสดุ ถ้ามีขนาดใหญ่จะต้องให้สารละลายธาตุอาหารบ่อยครั้งกว่าวัสดุที่มีอนุภาคขนาดเล็ก
          3) ความต้องการของพืช ขึ้นกับพืชแต่ละชนิดซึ่งจะแตกต่างกัน
          4) สภาพอากาศในขณะนั้น เช่น หากมีการสูญเสียน้ำเนื่องจากลม อุณหภูมิสูงต้องมีการให้สารละลายบ่ายครั้งกว่าปกติ

ภาพที่ 2.7 การใช้แกลบเผาในการปลูกพืชไม่ใช้ดิน แบบใช้วัสดุปลูกแทนดิน

3. ระบบการปลูกพืชให้รากลอยในอากาศ (Aeroponics)
          The International Society for Soilless Culture ได้ให้คำจำกัดความของคำว่า Aeroponics ไว้ว่า คือ ระบบการปลูกพืชซึ่งระบบรากอยู่ในสภาพที่อิ่มตัวด้วยละอองของสารละลายธาตุอาหารอย่างต่อเนื่อง หรือเป็นระยะๆ ระบบ Aeroponics เริ่มทำขึ้นครั้งแรก โดย Dr. Massantini ที่มหาวิทยาลัย Pia ประเทศอิตาลี ในปี ค.ศ.1960
          หลักการของระบบ คือ เป็นการปลูกพืชโดยปล่อยให้รากลอยอยู่ในอากาศ ปราศจากวัสดุยึดเหนี่ยว และมีการฉีดพ่นสารละลายธาตุอาหารให้กับรากเป็นระยะๆ ส่วนใหญ่ระบบ Aeroponics จะนำมาใช้เพื่อการศึกษาวิจัยหรืองานอดิเรก

ภาพที่ 2.8 ระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดินจำลองแบบรากลอยในอากาศ

ภาพที่ 2.9 ระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดิน แบบรากลอยในอากาศ รูปทรงปิรามิด
ที่มา : Benjamin D. Esham

บทสรุป
ระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดินมีมากมายหลายระบบซึ่งผ่านการคิดค้นและพัฒนาให้เหมาะสมกับพื้นที่นั้นๆ โดยสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ระบบใหญ่ๆตามลักษณะการให้สารละลายธาตุอาหารกับรากพืช คือ 1) ระบบการปลูกพืชในสารละลาย ประกอบด้วย 3 ระบบย่อย ได้แก่ ระบบ NFT, DFT และDRF 2) ระบบการปลูกพืชในวัสดุปลูก ซึ่งสามารถแบ่งเป็นวัสดุ 2 ชนิด ได้แก่ วัสดุปลูกที่เป็นอินทรีย์ และอนินทรีย์ และ3) ระบบการปลูกพืชให้รากลอยในอากาศ การเลือกระบบการปลูกพืชแบบใดขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของพื้นที่ งบประมาณ และวัตถุประสงค์การปลูกพืชไม่ใช้ดิน