ไฮโดรโปนิกส์
ไฮโดรโปนิกส์ เป็น พืชสวนประเภทหนึ่งและเป็นส่วนย่อยของไฮโดรคัลเจอร์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปลูกพืชโดยปกติจะเป็นพืชผลหรือพืชสมุนไพรโดยไม่ใช้ดิน โดยใช้ สารละลายธาตุอาหารแร่ธาตุ ในน้ำในสภาพแวดล้อมเทียมพืชบกหรือ พืชน้ำ อาจเจริญเติบโตได้อย่างอิสระโดยให้รากสัมผัสกับของเหลวที่มีธาตุอาหาร หรือรากอาจได้รับการรองรับทางกลโดยวัสดุเฉื่อย เช่นเพอร์ไลต์กรวดหรือวัสดุอื่นๆ[ 1 ]
แม้ว่าตัวกลางจะไม่ทำปฏิกิริยา แต่รากก็สามารถทำให้ค่า pH ของ ไรโซสเฟียร์ เปลี่ยนแปลงได้ และสารคัดหลั่งจากรากสามารถส่งผลต่อชีววิทยาของไรโซสเฟียร์และสมดุลทางสรีรวิทยาของสารละลายธาตุอาหารเมื่อพืชผลิตเมตาโบไลต์รอง[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]พืชดัดแปลงพันธุกรรมที่ปลูกแบบไฮโดรโปนิกส์ช่วยให้มีการปล่อยโปรตีนทางเภสัชกรรม ออกมา เป็นส่วนหนึ่งของสารคัดหลั่งจากรากสู่ตัวกลางไฮโดรโปนิกส์[ 5 ]
สารอาหารที่ใช้ในระบบไฮโดรโปนิกส์สามารถมาจากแหล่งอินทรีย์หรืออนินทรีย์ ที่แตกต่างกันได้มากมาย รวมถึง มูลปลา มูลเป็ดปุ๋ยเคมีที่ซื้อมาหรือสารละลายธาตุอาหารมาตรฐานหรือไฮบริดสังเคราะห์[ 6 ]
ตรงกันข้ามกับการปลูกในแปลง พืชส่วนใหญ่มักปลูกแบบไฮโดรโปนิกส์ในเรือนกระจกหรือสภาพแวดล้อมที่ปิดมิดชิดบนวัสดุเฉื่อยที่ปรับให้เข้ากับ กระบวนการ เกษตรกรรมในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ (CEA) [ 7 ]พืชที่นิยมปลูกแบบไฮโดรโปนิกส์ ได้แก่มะเขือเทศพริกแตงกวาสตรอว์เบอร์รีผักกาดหอมและกัญชาซึ่งมักใช้เพื่อการค้า รวมถึงArabidopsis thalianaซึ่งทำหน้าที่เป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบในวิทยาศาสตร์พืชและพันธุศาสตร์[ 8 ]
การปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์มีข้อดีหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการลดการใช้น้ำในภาคเกษตรกรรม การปลูกมะเขือเทศ1 กิโลกรัม (2.2 ปอนด์) โดยใช้ระบบไฮโดรโปนิกส์นั้นง่ายมาก
- วิธีการทำฟาร์มแบบเข้มข้น ต้องใช้ น้ำ214 ลิตร (47 แกลลอน อังกฤษ; 57 แกลลอนสหรัฐ ) [ 9 ]
- โดยใช้ระบบไฮโดรโปนิกส์ปริมาณ 70 ลิตร (15 แกลลอน อังกฤษ; 18 แกลลอนสหรัฐฯ ) และ
- เพียง20 ลิตร (4.4 แกลลอน อังกฤษ; 5.3 แกลลอน สหรัฐ)โดยใช้แอโรโพนิกส์[ 10 ]
การปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ส่งผลให้ได้ ชีวมวลและ การผลิต โปรตีนสูงสุดเมื่อเทียบกับวัสดุปลูก อื่นๆ ของพืชที่ปลูกในสภาพแวดล้อม เดียวกัน และได้รับสารอาหารในปริมาณเท่ากัน[ 11 ]
ระบบไฮโดรโปนิกส์ไม่เพียงแต่ใช้บนโลกเท่านั้น แต่ยังได้รับการพิสูจน์แล้วในการทดลองการผลิตพืชในวงโคจรของโลกอีก ด้วย [ 12 ]
ประวัติศาสตร์
งานเขียนที่ตีพิมพ์ครั้งแรกเกี่ยวกับการปลูกพืชบกโดยไม่ใช้ดินคือหนังสือSylva Sylvarumหรือ 'A Natural History' โดยฟรานซิส เบคอน ในปี ค.ศ. 1627 ซึ่งตีพิมพ์หลังจากการเสียชีวิตของเขาเพียงหนึ่งปี จากผลงานของเขา การเพาะปลูกในน้ำจึงกลายเป็นเทคนิคการวิจัยที่ได้รับความนิยม ในปี ค.ศ. 1699 จอห์น วูดเวิร์ด ได้ ตีพิมพ์การทดลองเพาะปลูกสะระแหน่ในน้ำเขาพบว่าพืชที่ปลูกในน้ำที่ไม่บริสุทธิ์จะเจริญเติบโตได้ดีกว่าพืชที่ปลูกในน้ำกลั่น[ 13 ]ในปี ค.ศ. 1842 ได้มีการรวบรวมรายการธาตุ 9 ชนิดที่เชื่อว่าจำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช และการค้นพบของนักพฤกษศาสตร์ชาวเยอรมันจูเลียส ฟอน ซัคส์และวิลเฮล์ม นอปในช่วงปี ค.ศ. 1859–1875 ส่งผลให้เกิดการพัฒนาเทคนิคการเพาะปลูกโดยไม่ใช้ดิน[ 14 ]อ้างอิงคำพูดของฟอน ซัคส์โดยตรงว่า: "ในปี พ.ศ. 2403 ฉันได้ตีพิมพ์ผลการทดลองที่แสดงให้เห็นว่าพืชบกสามารถดูดซับสารอาหารจากสารละลายในน้ำได้โดยไม่ต้องอาศัยดิน และด้วยวิธีนี้ไม่เพียงแต่จะสามารถรักษาพืชให้มีชีวิตและเจริญเติบโตได้เป็นเวลานาน ดังที่ทราบกันมานานแล้ว แต่ยังสามารถทำให้สารอินทรีย์ของพืชเพิ่มขึ้นอย่างมาก และแม้กระทั่งผลิตเมล็ดที่สามารถงอกได้ " [ 15 ]การเจริญเติบโตของพืชบกโดยไม่ใช้ดินในสารละลายธาตุอาหารแร่ธาตุ ต่อมาเรียกว่า "การเพาะปลูกในสารละลาย" โดยอ้างอิงถึง "การเพาะปลูกในดิน" วิธีนี้กลายเป็นเทคนิคการวิจัยและการสอนมาตรฐานอย่างรวดเร็วในศตวรรษที่ 19 และ 20 และยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในวิทยาศาสตร์โภชนาการพืช[ 16 ]
ในช่วงประมาณปี 1930 นักโภชนาการพืชได้ทำการวิจัยโรคของพืชบางชนิด และสังเกตอาการที่เกี่ยวข้องกับสภาพดินที่มีอยู่ เช่นความเค็มหรือการขาดสารอาหาร ในบริบทนี้ การทดลองเพาะเลี้ยงในน้ำจึงถูกดำเนินการโดยหวังว่าจะได้อาการที่คล้ายคลึงกันภายใต้สภาวะห้องปฏิบัติการที่ควบคุมได้[ 17 ]แนวทางนี้ซึ่งผลักดันโดยเดนนิส โรเบิร์ต โฮกลันด์นำไปสู่ระบบแบบจำลองที่เป็นนวัตกรรมใหม่ (เช่นสาหร่ายสีเขียวNitella ) และสูตรสารอาหารมาตรฐานซึ่งมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในสรีรวิทยาของพืชสมัยใหม่[ 18 ]ในปี 1929 วิลเลียม เฟรเดอริก เกอริคแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่เบิร์กลีย์ เริ่มส่งเสริมหลักการของการเพาะเลี้ยงในสารละลายเพื่อการผลิตพืชผลทางการเกษตร [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] ในตอนแรกเขาเรียกวิธีการเพาะเลี้ยงนี้ว่า "aquiculture" ซึ่งสร้างขึ้นโดยเปรียบเทียบกับ "agriculture" แต่ต่อมาพบว่าคำว่าaquacultureได้ถูกนำไปใช้กับการเพาะเลี้ยงสิ่งมีชีวิตในน้ำแล้ว เกอริคสร้างความฮือฮาด้วยการปลูกมะเขือเทศ ให้สูง 25 ฟุต (7.6 เมตร)ในสวนหลังบ้านของเขาโดยใช้สารละลายธาตุอาหารแร่ธาตุแทนดิน[ 22 ]จากนั้นเขาได้นำคำว่าไฮโดรโปนิกส์ หรือการปลูกพืชในน้ำ มาใช้ในปี พ.ศ. 2480 ซึ่งเสนอโดยWA Setchellนักสาหร่ายวิทยาที่มีความรู้ด้านวรรณคดีคลาสสิกอย่างกว้างขวาง[ 23 ] [ 24 ]ไฮโดรโปนิกส์ได้มาจากลัทธิวิทยาใหม่ υδρωπονικά (มาจากภาษากรีก ύδωρ=น้ำ และ πονέω=เพาะปลูก) สร้างขึ้นเพื่อเปรียบเทียบกับ γεωπονικά (มาจากภาษากรีก γαία=โลก และ πονέω=เพาะปลูก), [ 25 ] geoponicaซึ่ง ซึ่งเกี่ยวกับเกษตรกรรม แทนที่ γεω- ดิน ด้วย ὑδρο- น้ำ[ 14 ]
อย่างไรก็ตาม แม้จะประสบความสำเร็จในเบื้องต้น แต่เกอริคก็ตระหนักว่ายังไม่ถึงเวลาที่เหมาะสมสำหรับการประยุกต์ใช้ทางเทคนิค ทั่วไป และการใช้ไฮโดรโปนิกส์ในเชิงพาณิชย์เพื่อผลิตพืชผล[ 26 ]เขายังต้องการให้แน่ใจว่าทุกแง่มุมของการเพาะปลูกแบบไฮโดรโปนิกส์ได้รับการวิจัยและทดสอบก่อนที่จะเปิดเผยรายละเอียดใด ๆ ต่อสาธารณะ[ 27 ]รายงานเกี่ยวกับงานของเกอริคและการอ้างว่าไฮโดรโปนิกส์จะปฏิวัติการเกษตรพืชทำให้มีคำขอข้อมูลเพิ่มเติมจำนวนมาก เกอริคถูกปฏิเสธการใช้เรือนกระจก ของมหาวิทยาลัย สำหรับการทดลองของเขาเนื่องจากความไม่เชื่อมั่นของฝ่ายบริหาร และเมื่อมหาวิทยาลัยพยายามบังคับให้เขาเปิดเผยสูตรสารอาหารเบื้องต้นที่พัฒนาขึ้นที่บ้าน เขาจึงขอพื้นที่เรือนกระจกและเวลาเพื่อปรับปรุงสูตรเหล่านั้นโดยใช้สิ่งอำนวยความสะดวกด้านการวิจัยที่เหมาะสม แม้ว่าในที่สุดเขาจะได้รับพื้นที่เรือนกระจก แต่ทางมหาวิทยาลัยได้มอบหมายให้โฮกลันด์และอาร์นอนทำการประเมินข้ออ้างของเกอริคอีกครั้งและแสดงให้เห็นว่าสูตรของเขาไม่มีประโยชน์เหนือผลผลิตพืชที่ปลูกในดิน ซึ่งเป็นมุมมองที่โฮกลันด์ยึดถือ เนื่องจากความขัดแย้งที่ไม่อาจประนีประนอมได้เหล่านี้ เกอริคจึงลาออกจากตำแหน่งทางวิชาการในปี พ.ศ. 2480 ท่ามกลางสภาพแวดล้อมทางการเมืองที่ไม่เอื้ออำนวย และดำเนินการวิจัยอย่างอิสระในเรือนกระจกของเขาต่อไป ในปี พ.ศ. 2483 เกอริค ซึ่งผลงานของเขาถือเป็นพื้นฐานของการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ทุกรูปแบบ ได้ตีพิมพ์หนังสือชื่อComplete Guide to Soilless Gardeningซึ่งในนั้น เขาได้เผยแพร่สูตรพื้นฐานเกี่ยวกับเกลือธาตุอาหารหลักและธาตุอาหารรองสำหรับพืชที่ปลูกแบบไฮโดรโปนิกส์เป็นครั้งแรก[ 28 ]
จากการวิจัยข้ออ้างของเกอริคตามคำสั่งของผู้อำนวยการสถานีทดลองทางการเกษตรแคลิฟอร์เนียแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียคลอดด์ ฮัทชิสัน เดนนิส โฮกลันด์ และแดเนียล อาร์นอนได้เขียนวารสารทางการเกษตรคลาสสิกในปี 1938 เรื่องวิธีการปลูกพืชในน้ำโดยไม่ใช้ดินซึ่งเป็นหนึ่งในงานที่สำคัญที่สุดเกี่ยวกับการเพาะปลูกในสารละลาย ซึ่งอ้างว่าผลผลิตพืช ไฮโดรโปนิกส์ ไม่ได้ดีไปกว่าผลผลิตพืชที่ได้จากดินคุณภาพดี[ 29 ]ในที่สุด ผลผลิตพืชจะถูกจำกัดด้วยปัจจัยอื่นนอกเหนือจากธาตุอาหารแร่ธาตุ โดยเฉพาะแสงและการเติมอากาศของอาหารเลี้ยงเชื้อ[ 30 ]อย่างไรก็ตาม ในบทนำของหนังสือสำคัญเกี่ยวกับการเพาะปลูกแบบไม่ใช้ดิน ซึ่งตีพิมพ์สองปีต่อมา Gericke ชี้ให้เห็นว่าผลลัพธ์ที่ตีพิมพ์โดย Hoagland และ Arnon ในการเปรียบเทียบผลผลิตของพืชทดลองในทราย ดิน และสารละลายนั้น มีพื้นฐานมาจากข้อผิดพลาดเชิงระบบ หลายประการ ( "...นักทดลองเหล่านี้ทำผิดพลาดที่จำกัดศักยภาพในการผลิตของระบบไฮโดรโปนิกส์ให้เท่ากับดิน การเปรียบเทียบสามารถทำได้โดยการปลูกพืชจำนวนมากในแต่ละกรณีเท่าที่ความอุดมสมบูรณ์ของอาหารเลี้ยงเชื้อจะรองรับได้" ) [ 28 ]
ตัวอย่างเช่น การศึกษาของ Hoagland และ Arnon ไม่ได้ตระหนักอย่างเพียงพอว่าระบบไฮโดรโปนิกส์มีประโยชน์สำคัญอื่นๆ เมื่อเทียบกับการปลูกในดิน รวมถึงข้อเท็จจริงที่ว่ารากของพืชสามารถเข้าถึงออกซิเจน ได้อย่างต่อเนื่อง และพืชสามารถเข้าถึงน้ำและสารอาหารได้มากหรือน้อยตามที่ต้องการ[ 28 ] [ 31 ]นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดอย่างหนึ่งในการปลูกพืชคือการให้น้ำมากเกินไปและน้อยเกินไป ระบบไฮโดรโปนิกส์ป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น เนื่องจากสามารถให้น้ำปริมาณมากแก่พืชในระบบไฮโดรโปนิกส์ ซึ่งอาจทำให้ระบบรากจมน้ำในดินได้ และน้ำที่ไม่ได้ใช้จะถูกระบายออก หมุนเวียน หรือเติมอากาศอย่างต่อเนื่อง ทำให้ไม่มี สภาวะ ขาดออกซิเจนในบริเวณราก ในดิน ผู้ปลูกจำเป็นต้องมีประสบการณ์มากจึงจะรู้ว่าควรให้น้ำแก่พืชมากแค่ไหน หากให้น้ำมากเกินไป พืชจะไม่สามารถเข้าถึงออกซิเจนได้เนื่องจากอากาศในรูพรุนของดินถูกแทนที่ ซึ่งอาจนำไปสู่โรครากเน่าได้ ถ้าได้รับน้ำน้อยเกินไป พืชจะประสบภาวะขาดน้ำหรือสูญเสียความสามารถในการดูดซึมสารอาหาร ซึ่งโดยปกติจะถูกเคลื่อนย้ายไปยังรากในขณะที่ละลายอยู่ทำให้เกิดอาการขาดสารอาหาร เช่นใบเหลืองหรือใบไหม้จากปุ๋ยในที่สุด แนวคิดขั้นสูงของ Gericke นำไปสู่การนำไฮโดรโปนิกส์มาใช้ในการเกษตรเชิงพาณิชย์ ในขณะที่มุมมองของ Hoagland และการสนับสนุนที่เป็นประโยชน์จากมหาวิทยาลัยกระตุ้นให้Hoagland และผู้ร่วมงานของเขาพัฒนาสูตรใหม่หลายสูตรสำหรับสารละลายธาตุอาหารแร่ธาตุ ซึ่งเป็นที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อสารละลาย Hoagland [ 32 ]
หนึ่งในความสำเร็จแรกเริ่มของการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์เกิดขึ้นที่เกาะเวคซึ่งเป็นเกาะหินในมหาสมุทรแปซิฟิกที่ใช้เป็นจุดเติมเชื้อเพลิงสำหรับสายการบินแพนอเมริกันแอร์ไลน์มีการใช้ไฮโดรโปนิกส์ที่นั่นในช่วงทศวรรษ 1930 เพื่อปลูกผักสำหรับผู้โดยสาร การปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์เป็นสิ่งจำเป็นบนเกาะเวคเนื่องจากไม่มีดิน และการขนส่งผักสดทางอากาศมีราคาแพงมาก[ 33 ]
ตั้งแต่ปีพ.ศ. 2486 ถึง พ.ศ. 2489 แดเนียล ไอ. อาร์นอนดำรงตำแหน่งพันตรีในกองทัพบกสหรัฐฯและใช้ความเชี่ยวชาญก่อนหน้านี้เกี่ยวกับโภชนาการพืชเพื่อเลี้ยงดูทหารที่ประจำการอยู่บนเกาะโปนาเป ที่แห้งแล้งใน มหาสมุทรแปซิฟิกตะวันตกโดยปลูกพืชในกรวดและน้ำที่มีสารอาหาร เนื่องจากไม่มีที่ดินทำกิน[ 34 ]
ในช่วงทศวรรษ 1960 อัลเลน คูเปอร์ แห่งอังกฤษได้พัฒนาเทคนิคฟิล์มสารอาหาร[ 35 ]อาคาร Land Pavilionที่ EPCOT Center ของ Walt Disney World เปิดทำการในปี 1982 และมีเทคนิคไฮโดรโปนิกส์หลากหลายประเภทเป็นจุดเด่น
ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาNASAได้ทำการวิจัยไฮโดรโปนิกส์อย่างกว้างขวางสำหรับโครงการControlled Ecological Life Support System (CELSS) และ Advanced Life Support (ALS) [ 36 ] [ 37 ]การวิจัยไฮโดรโปนิกส์ที่จำลองสภาพแวดล้อมในอวกาศจะต้องมีการศึกษาเพิ่มเติมสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่างกัน เช่น แรงโน้มถ่วง u ในวงโคจรต่ำของโลก 1/6 g บนดวงจันทร์ และ 1/3 g บนดาวอังคารเรย์ วีลเลอร์นักสรีรวิทยาพืชที่ห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ชีวิตในอวกาศของศูนย์อวกาศเคนเนดี เชื่อว่าไฮโดรโปนิกส์จะช่วยให้สามารถรีไซเคิลน้ำและสารอาหารที่จำเป็นสำหรับการเดินทางในอวกาศและระบบสนับสนุนชีวิตแบบสร้างใหม่ทางชีวภาพในอนาคต ซึ่งพืชจะถูกใช้ในการผลิตออกซิเจนและอาหาร ในขณะเดียวกันก็กำจัดคาร์บอนไดออกไซด์[ 38 ] [ 39 ]
ณ ปี 2017 แคนาดามีพื้นที่เรือนกระจกไฮโดรโปนิกเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่หลายร้อยเอเคอร์ ซึ่งปลูกมะเขือเทศ พริก และแตงกวา[ 40 ]
เนื่องจากความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีภายในอุตสาหกรรมและปัจจัยทางเศรษฐกิจ หลายประการ ตลาดไฮโดรโปนิกส์ทั่วโลกคาดว่าจะเติบโตจาก 226.45 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2016 เป็น 724.87 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2023 [ 41 ]
เทคนิค
ระบบไฮโดรโปนิกส์โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองประเภทการชลประทาน ได้แก่ ระบบ ชลประทานแบบใต้ดินซึ่งสารละลายธาตุอาหารจะถูกส่งจากด้านล่างและรากจะดูดซับความชื้นขึ้นด้านบน (เช่น การปลูกพืชในน้ำลึก ระบบน้ำขึ้นน้ำลง) และระบบชลประทานแบบบน ซึ่งสารละลายธาตุอาหารจะถูกส่งจากด้านบนผ่านหัวจ่ายน้ำหยดหรือเครื่องพ่น (เช่น เทคนิคฟิล์มธาตุอาหาร แอโรโปนิกส์ ) [ 42 ]เทคนิคไฮโดรโปนิกส์มีเป้าหมายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการจ่ายน้ำ ธาตุอาหาร และออกซิเจนให้กับรากพืชไปพร้อมๆ กัน สำหรับทุกเทคนิค อ่างเก็บน้ำไฮโดรโปนิกส์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันสร้างจากพลาสติก แต่ก็มีการใช้วัสดุอื่นๆ ด้วย เช่น คอนกรีต แก้ว โลหะ กากพืช และไม้ ภาชนะควรป้องกันแสงเพื่อป้องกันการเจริญเติบโตของสาหร่ายและเชื้อราในอาหารเลี้ยงเชื้อไฮโดรโปนิกส์[ 42 ]
วัฒนธรรมการแก้ปัญหาแบบคงที่
ในการปลูกพืชแบบคงที่ในสารละลาย พืชจะถูกปลูกในภาชนะบรรจุสารละลายธาตุอาหาร เช่น ขวดแก้วเมสัน (โดยทั่วไปใช้ในบ้าน) กระถาง ถัง อ่าง หรือแทงค์ โดยปกติแล้วสารละลายจะถูกเติมอากาศอย่างเบามือ แต่ก็อาจจะไม่เติมอากาศก็ได้[ 11 ]หากไม่เติมอากาศ ระดับของสารละลายจะถูกรักษาให้ต่ำพอที่รากจะอยู่เหนือสารละลายมากพอที่จะได้รับออกซิเจนอย่างเพียงพอ จะมีการเจาะรูที่ด้านบนของภาชนะสำหรับพืชแต่ละต้น หากเป็นขวดหรืออ่าง อาจใช้ฝาปิด แต่ถ้าไม่ใช่ อาจใช้กระดาษแข็ง ฟอยล์ กระดาษ ไม้ หรือโลหะปิดไว้ด้านบน ภาชนะหนึ่งใบสามารถใช้สำหรับพืชเพียงต้นเดียว หรือหลายต้นก็ได้ ขนาดของภาชนะสามารถเพิ่มขึ้นได้ตามขนาดของพืชที่เพิ่มขึ้น ระบบที่ทำเองที่บ้านสามารถสร้างได้จากภาชนะบรรจุอาหารหรือขวดแก้วสำหรับบรรจุกระป๋อง โดยมีการเติมอากาศโดยใช้ปั๊มตู้ปลา ท่ออากาศสำหรับตู้ปลา วาล์วตู้ปลา หรือแม้แต่ไบโอฟิล์มของสาหร่ายสีเขียวบนกระจกผ่านกระบวนการสังเคราะห์แสง ภาชนะใสยังสามารถปิดด้วยฟอยล์อลูมิเนียม กระดาษห่อเนื้อ พลาสติกสีดำ หรือวัสดุอื่นๆ เพื่อขจัดผลกระทบของโฟโตโทรปิซึม เชิงลบได้ สารละลายธาตุอาหารจะถูกเปลี่ยนตามกำหนดเวลา เช่น สัปดาห์ละครั้ง หรือเมื่อความเข้มข้นลดลงต่ำกว่าระดับที่กำหนดโดยใช้เครื่องวัดค่าการนำไฟฟ้าเมื่อใดก็ตามที่สารละลายลดลงต่ำกว่าระดับที่กำหนด จะต้องเติมน้ำหรือสารละลายธาตุอาหารใหม่ สามารถใช้ ขวดของ Mariotteหรือวาล์วลอยเพื่อรักษาระดับสารละลายโดยอัตโนมัติ ในการปลูกพืชแบบลอยน้ำ พืชจะถูกวางไว้ในแผ่นพลาสติกที่ลอยอยู่บนผิวน้ำของสารละลายธาตุอาหาร ด้วยวิธีนี้ ระดับสารละลายจะไม่ลดลงต่ำกว่าราก[ 4 ]
การเพาะเลี้ยงสารละลายแบบไหลต่อเนื่อง
ในระบบการปลูกพืชแบบต่อเนื่อง สารละลายธาตุอาหารจะไหลผ่านรากพืชอย่างต่อเนื่อง ระบบนี้ง่ายต่อการควบคุมอัตโนมัติมากกว่าระบบแบบคงที่ เพราะสามารถสุ่มตัวอย่างและปรับอุณหภูมิ ค่า pH และความเข้มข้นของธาตุอาหารได้ในถังเก็บขนาดใหญ่ที่สามารถรองรับพืชได้หลายพันต้น รูปแบบที่นิยมใช้คือเทคนิคฟิล์มธาตุอาหาร (NFT) ซึ่งเป็นการหมุนเวียนน้ำในปริมาณน้อยๆ ที่มีธาตุอาหารละลายอยู่ครบถ้วนที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช ผ่านรากพืชที่ไม่มีผ้าหุ้มในช่องทางกันน้ำ โดยมีพื้นผิวด้านบนสัมผัสกับอากาศ ส่งผลให้รากพืชได้รับออกซิเจนอย่างเพียงพอ ระบบ NFT ที่ออกแบบอย่างเหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับการใช้ความลาดชันของช่องทาง อัตราการไหล และความยาวของช่องทางที่เหมาะสม ข้อได้เปรียบหลักของระบบ NFT เมื่อเทียบกับระบบไฮโดรโปนิกส์แบบอื่นๆ คือ รากพืชได้รับน้ำ ออกซิเจน และธาตุอาหารอย่างเพียงพอ ในการผลิตรูปแบบอื่นๆ ทั้งหมด มีความขัดแย้งระหว่างการจัดหาความต้องการเหล่านี้ เนื่องจากปริมาณที่มากเกินไปหรือน้อยเกินไปของสิ่งใดสิ่งหนึ่งจะส่งผลให้เกิดความไม่สมดุลของสิ่งอื่น ๆ อีกหนึ่งหรือทั้งสองอย่าง NFT เนื่องจากการออกแบบของมัน จึงเป็นระบบที่สามารถตอบสนองความต้องการทั้งสามประการสำหรับการเจริญเติบโตของพืชที่ดีได้ในเวลาเดียวกัน โดยมีเงื่อนไขว่าต้องจดจำและปฏิบัติตามแนวคิดง่ายๆ ของ NFT อยู่เสมอ ผลลัพธ์ของข้อดีเหล่านี้คือได้ผลผลิตที่มีคุณภาพสูงขึ้นในช่วงระยะเวลาการปลูกที่ยาวนานขึ้น ข้อเสียของ NFT คือมีการป้องกันการหยุดชะงักของการไหล (เช่น ไฟฟ้าดับ) น้อยมาก แต่โดยรวมแล้ว อาจเป็นหนึ่งในเทคนิคที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด[ 43 ]
ลักษณะการออกแบบเดียวกันนี้ใช้ได้กับระบบ NFT ทั่วไปทั้งหมด แม้ว่าจะมีการแนะนำให้ใช้ความลาดชันตามช่องทางที่ 1:100 แต่ในทางปฏิบัติ การสร้างฐานสำหรับช่องทางที่มีความเรียบเพียงพอที่จะทำให้ฟิล์มสารอาหารไหลได้โดยไม่เกิดน้ำขังในบริเวณที่ต่ำเฉพาะจุดนั้นทำได้ยาก ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้ความลาดชันที่ 1:30 ถึง 1:40 [ 44 ]ซึ่งจะช่วยให้พื้นผิวมีความไม่เรียบเล็กน้อยได้ แต่ถึงแม้จะมีความลาดชันเหล่านี้ น้ำขังและน้ำท่วมขังก็อาจเกิดขึ้นได้ ความลาดชันอาจมาจากพื้น ม้านั่ง หรือชั้นวางอาจช่วยยึดช่องทางและให้ความลาดชันที่ต้องการได้ ทั้งสองวิธีนี้ถูกนำมาใช้และขึ้นอยู่กับข้อกำหนดในท้องถิ่น ซึ่งมักจะกำหนดโดยสถานที่และข้อกำหนดของพืช
สำหรับระบบเทคนิคฟิล์มสารอาหาร (NFT) อัตราการไหลที่แนะนำโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 1 ลิตร/นาทีต่อราง เพื่อให้มีการเติมสารอาหารที่เพียงพอให้กับฟิล์มราก[ 45 ] [ 46 ]ในขณะปลูก อัตราอาจเป็นครึ่งหนึ่งของอัตรานี้ และขีดจำกัดสูงสุดที่ 2 ลิตร/นาที ดูเหมือนจะเป็นค่าสูงสุด อัตราการไหลที่เกินกว่าค่าสุดขั้วเหล่านี้มักเกี่ยวข้องกับปัญหาทางโภชนาการ อัตราการเจริญเติบโตที่ลดลงของพืชหลายชนิดได้รับการสังเกตเมื่อรางมีความยาวเกิน 12 เมตร ในพืชที่เติบโตอย่างรวดเร็ว การทดสอบบ่งชี้ว่า ในขณะที่ระดับออกซิเจนยังคงเพียงพอ ไนโตรเจนอาจหมดไปตามความยาวของราง ดังนั้น ความยาวของรางไม่ควรเกิน 10–15 เมตร ในกรณีที่ไม่สามารถทำได้ การลดลงของการเจริญเติบโตสามารถแก้ไขได้โดยการวางรางสารอาหารอีกรางหนึ่งไว้ตรงกลางราง และลดอัตราการไหลผ่านแต่ละช่องลงครึ่งหนึ่ง[ 47 ] [ 4 ]
แอโรโพนิกส์
ระบบแอโรโพนิกส์เป็นระบบที่รากพืชถูกรักษาไว้ในสภาพแวดล้อมที่อิ่มตัวด้วยละอองสารละลายธาตุอาหารละเอียด ( หมอกหรือละอองลอย ) อย่างต่อเนื่องหรือเป็นช่วงๆ วิธีนี้ไม่จำเป็นต้องใช้ดินปลูก และเป็นการปลูกพืชโดยให้รากแขวนอยู่ในห้องอากาศหรือห้องเพาะปลูกที่มีความลึก และมีการพ่นละออง ธาตุอาหารละเอียดลงบนรากเป็นระยะๆข้อดีหลักของระบบแอโรโพนิกส์คือการระบายอากาศที่ดีเยี่ยม
เทคนิคแอโรโพนิกส์ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์สำหรับการขยายพันธุ์ การงอกของเมล็ด การผลิตมันฝรั่งสำหรับปลูก การผลิตมะเขือเทศ พืชใบ และไมโครกรีน[ 48 ]นับตั้งแต่ริชาร์ด สโตเนอร์ ผู้คิดค้น ได้นำเทคโนโลยีแอโรโพนิกส์มาใช้ในเชิงพาณิชย์ในปี 1983 แอโรโพนิกส์ก็ได้รับการนำไปใช้เป็นทางเลือกแทนระบบไฮโดรโพนิกส์ที่ใช้น้ำมากทั่วโลก[ 49 ]ข้อจำกัดที่สำคัญของไฮโดรโพนิกส์คือความจริงที่ว่า น้ำ 1 กิโลกรัม (2.2 ปอนด์)สามารถกักเก็บอากาศได้เพียง8 มิลลิกรัม (0.12 กรัม) เท่านั้น ไม่ว่าจะใช้เครื่องเติมอากาศหรือไม่ก็ตาม
ข้อได้เปรียบที่เด่นชัดอีกประการหนึ่งของแอโรโพนิกส์เหนือไฮโดรโพนิกส์คือ พืชทุกชนิดสามารถปลูกได้ในระบบแอโรโพนิกส์ที่แท้จริง เนื่องจากสภาพแวดล้อมขนาดเล็กของแอโรโพนิกส์สามารถควบคุมได้อย่างละเอียด ข้อจำกัดอีกประการหนึ่งของไฮโดรโพนิกส์คือ พืชบางชนิดสามารถอยู่รอดในน้ำได้เพียงระยะเวลาหนึ่งก่อนที่จะเน่าเสีย ในทางตรงกันข้าม พืชแอโรโพนิกส์แบบแขวนจะได้รับออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ที่มีอยู่ 100% ไปยังบริเวณราก ลำต้น และใบ[ 50 ] [ 51 ]จึงเร่งการเจริญเติบโตของชีวมวลและลดระยะเวลาการเกิดราก การวิจัย ของ NASAแสดงให้เห็นว่าพืชที่ปลูกแบบแอโรโพนิกส์มีชีวมวลแห้ง (แร่ธาตุที่จำเป็น) เพิ่มขึ้น 80% เมื่อเทียบกับพืชที่ปลูกแบบไฮโดรโพนิกส์ แอโรโพนิกส์ยังใช้น้ำน้อยกว่าไฮโดรโพนิกส์ถึง 65% NASA สรุปว่าพืชที่ปลูกแบบแอโรโพนิกส์ต้องการสารอาหารเพียง ¼ เมื่อเทียบกับไฮโดรโพนิกส์[ 52 ] [ 53 ]ต่างจากพืชที่ปลูกแบบไฮโดรโปนิกส์ พืชที่ปลูกแบบแอโรโปนิกส์จะไม่เกิดอาการช็อกจากการย้ายปลูกเมื่อย้ายลงดิน และช่วยให้ผู้ปลูกสามารถลดการแพร่กระจายของโรคและเชื้อโรคได้
แอโรโพนิกส์ยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาทางห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับสรีรวิทยาของพืชและพยาธิวิทยาของพืช เทคนิคแอโรโพนิกส์ได้รับความสนใจเป็นพิเศษจาก NASA เนื่องจากละอองน้ำนั้นจัดการได้ง่ายกว่าของเหลวในสภาพแวดล้อมที่ไร้แรงโน้มถ่วง[ 52 ] [ 4 ]
ฟอกโปนิกส์
ฟอกโพนิกส์เป็นการพัฒนาต่อยอดมาจากแอโรโพนิกส์ โดยที่สารละลายธาตุอาหารจะถูกทำให้เป็นละอองโดยใช้ไดอะแฟรมที่สั่นด้วยความถี่อัลตราโซนิกหยดสารละลายที่ผลิตได้ด้วยวิธีนี้มักมี เส้นผ่านศูนย์กลาง 5–10 ไมโครเมตร ซึ่งเล็กกว่าหยดที่ผลิตได้โดยการบังคับสารละลายธาตุอาหารผ่านหัวฉีดที่มีแรงดัน เช่นเดียวกับในแอโรโพนิกส์ ขนาดที่เล็กกว่าของหยดทำให้สามารถแพร่กระจายไปในอากาศได้ง่ายขึ้น และส่งสารอาหารไปยังรากได้โดยไม่จำกัดการเข้าถึงออกซิเจน[ 54 ] [ 55 ]
การชลประทานใต้ดินแบบพาสซีฟ
การชลประทานใต้ดินแบบพาสซีฟ หรือที่รู้จักกันในชื่อไฮโดรโปนิกส์แบบพาสซีฟ เซมิไฮโดรโปนิกส์ หรือไฮโดรคัลเจอร์ [ 56 ] เป็นวิธีการปลูกพืชใน วัสดุ พรุนเฉื่อย ที่เคลื่อนย้ายน้ำและปุ๋ยไปยังรากโดยอาศัยแรงดึงดูดของเส้นเลือดฝอยจากอ่างเก็บน้ำแยกต่างหากตามความจำเป็น ลดแรงงานและให้การจ่ายน้ำแก่รากอย่างต่อเนื่อง ในวิธีที่ง่ายที่สุด กระถางจะวางอยู่ในสารละลายปุ๋ยและน้ำตื้นๆ หรือบนแผ่นรองเส้นเลือดฝอยที่อิ่มตัวด้วยสารละลายธาตุอาหาร วัสดุไฮโดรโปนิกส์ต่างๆ ที่มีอยู่ เช่นดินเหนียวขยายตัวและเปลือกมะพร้าวมีช่องว่างอากาศมากกว่าดินปลูกแบบดั้งเดิม ทำให้รากได้รับออกซิเจนมากขึ้น ซึ่งมีความสำคัญใน พืช เกาะอาศัยเช่นกล้วยไม้และบรอมิเลียดซึ่งรากสัมผัสกับอากาศในธรรมชาติ ข้อดีเพิ่มเติมของไฮโดรโปนิกส์แบบพาสซีฟคือการลดการเน่าของราก
ระบบชลประทานใต้ดินแบบน้ำขึ้นน้ำลง (น้ำท่วมและระบาย)
ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด น้ำที่อุดมด้วยสารอาหารจะถูกสูบเข้าไปในภาชนะที่มีพืชอยู่ในวัสดุปลูก เช่นเม็ดดินเผาขยายตัว ในช่วงเวลาปกติ ตัวจับเวลาแบบง่ายๆ จะสั่งให้ปั๊มเติมสารละลายธาตุอาหารลงในภาชนะ จากนั้นสารละลายจะไหลกลับลงไปในอ่างเก็บน้ำ วิธีนี้จะช่วยให้วัสดุปลูกได้รับสารอาหารและอากาศอย่างสม่ำเสมอ[ 57 ]
วิ่งทิ้ง
ในระบบแบบไหลไปสู่ของเสีย สารอาหารและสารละลายน้ำจะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวของตัวกลางเป็นระยะ วิธีนี้คิดค้นขึ้นในเบงกอลในปี พ.ศ. 2489 ด้วยเหตุนี้จึงบางครั้งเรียกว่า "ระบบเบงกอล" [ 58 ]
วิธีนี้สามารถจัดตั้งได้หลายรูปแบบ ในรูปแบบที่ง่ายที่สุด คือการใช้สารละลายธาตุอาหารและน้ำรดด้วยมือวันละครั้งหรือมากกว่านั้นไปยังภาชนะบรรจุวัสดุปลูกที่ไม่เป็นอันตราย เช่น ร็อควูล เพอร์ไลต์ เวอร์มิคูไลต์ ใยมะพร้าว หรือทราย ในระบบที่ซับซ้อนขึ้นเล็กน้อย จะใช้ระบบอัตโนมัติด้วยปั๊มส่งน้ำ ตัวตั้งเวลา และท่อส่งน้ำเพื่อส่งสารละลายธาตุอาหาร โดยความถี่ในการส่งน้ำจะถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์หลัก ได้แก่ ขนาดของพืช ระยะการเจริญเติบโตของพืช สภาพอากาศ วัสดุปลูก ค่าการนำไฟฟ้า ค่า pH และปริมาณน้ำในวัสดุปลูก
ในสภาพแวดล้อมเชิงพาณิชย์ ความถี่ในการรดน้ำขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยและถูกควบคุมโดยคอมพิวเตอร์หรือPLC
การผลิตพืชขนาดใหญ่ เช่น มะเขือเทศ แตงกวา และพริก ในระบบไฮโดรโปนิกส์เชิงพาณิชย์นั้น ใช้ระบบไฮโดรโปนิกส์แบบใช้น้ำเสียเหลือทิ้งในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง
การเพาะเลี้ยงในน้ำลึก
วิธีการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์โดยการแขวนรากพืชไว้ในสารละลายที่มีธาตุอาหารสูงและออกซิเจน วิธีการแบบดั้งเดิมนิยมใช้ถังพลาสติกและภาชนะขนาดใหญ่ โดยปลูกพืชในกระถางตาข่ายที่แขวนอยู่ตรงกลางฝา และแขวนรากไว้ในสารละลายธาตุอาหาร สารละลายจะอิ่มตัวด้วยออกซิเจนโดยใช้ปั๊มลมร่วมกับหินพรุนด้วยวิธีนี้ พืชจะเจริญเติบโตได้เร็วขึ้นมากเนื่องจากรากได้รับออกซิเจนในปริมาณสูง[ 59 ]วิธีการของ Kratkyคล้ายกับการปลูกพืชในน้ำลึก แต่ใช้ถังเก็บน้ำที่ไม่หมุนเวียน
การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำลึกแบบป้อนน้ำจากด้านบน
การปลูกพืชแบบให้น้ำลึก โดยใช้ปั๊มสูบน้ำจากถังเก็บน้ำขึ้นไปยังบริเวณรากของพืชโดยตรง ในขณะที่การปลูกพืชแบบให้น้ำลึกทั่วไป รากของพืชจะห้อยลงไปในถังเก็บน้ำที่มีสารละลายธาตุอาหาร แต่ในการปลูกพืชแบบให้น้ำลึกโดยใช้ปั๊มสูบน้ำจากถังเก็บน้ำขึ้นไปยังรากของพืช (การให้น้ำจากด้านบน) น้ำจะถูกปล่อยออกมาเหนือรากของพืชแล้วไหลกลับลงไปในถังเก็บน้ำด้านล่างอย่างต่อเนื่อง เช่นเดียวกับการปลูกพืชแบบให้น้ำลึกทั่วไป จะมีหัวจ่ายอากาศอยู่ในถังเก็บน้ำซึ่งจะสูบอากาศเข้าไปในน้ำผ่านท่อจากภายนอกถัง หัวจ่ายอากาศจะช่วยเพิ่มออกซิเจนให้กับน้ำ ทั้งหัวจ่ายอากาศและปั๊มน้ำจะทำงานตลอด 24 ชั่วโมง
ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของการเพาะเลี้ยงแบบให้น้ำจากด้านบนในน้ำลึก เมื่อเทียบกับการเพาะเลี้ยงในน้ำลึกแบบมาตรฐาน คือ การเจริญเติบโตที่รวดเร็วขึ้นในช่วงสองสามสัปดาห์แรก ในการเพาะเลี้ยงในน้ำลึกแบบมาตรฐานนั้น รากของพืชจะมีช่วงเวลาหนึ่งที่ยังไม่ถึงน้ำ แต่ในการเพาะเลี้ยงแบบให้น้ำจากด้านบน รากจะได้รับน้ำได้ง่ายตั้งแต่เริ่มต้น และจะเจริญเติบโตไปถึงอ่างเก็บน้ำด้านล่างได้เร็วกว่าระบบเพาะเลี้ยงในน้ำลึกแบบมาตรฐานมาก เมื่อรากไปถึงอ่างเก็บน้ำด้านล่างแล้ว ข้อได้เปรียบของการเพาะเลี้ยงแบบให้น้ำจากด้านบนก็จะไม่มากนักเมื่อเทียบกับการเพาะเลี้ยงในน้ำลึกแบบมาตรฐาน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีการเจริญเติบโตที่รวดเร็วกว่าในช่วงเริ่มต้น จึงสามารถลดระยะเวลาการเพาะเลี้ยงลงได้หลายสัปดาห์
ข้อดี
- การเพิ่มประสิทธิภาพพื้นที่ : การทำฟาร์มแนวตั้งและเทคโนโลยีควบคุมขั้นสูงช่วยให้ใช้พื้นที่จำกัดได้อย่างคุ้มค่าที่สุด
- การจัดการทรัพยากร : ลดการใช้น้ำและปุ๋ยโดยการนำสารละลายธาตุอาหารกลับมาใช้ใหม่
- การปกป้องพันธุ์พืชที่อ่อนไหว : สภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ช่วยปกป้องพืชจากสภาพอากาศที่รุนแรง ศัตรูพืช และโรคต่างๆ
พื้นที่ไฮโดรโซนตั้งอยู่ ณ จุดตัดระหว่าง นวัตกรรม การเกษตรในเมืองความกังวลด้านสิ่งแวดล้อม และความพยายามในการอนุรักษ์ความหลากหลายทางชีวภาพ ตัวอย่างที่โดดเด่น ได้แก่ สวนพฤกษศาสตร์เฉพาะทาง โรงเพาะปลูกสำหรับพันธุ์พืชเฉพาะถิ่นที่ใกล้สูญพันธุ์ และพื้นที่ภายในบ้านสำหรับผู้ที่ชื่นชอบการทำสวนขั้นสูง
โรตารี
สวนไฮโดรโปนิกส์แบบหมุนเป็นรูปแบบหนึ่งของไฮโดรโปนิกส์เชิงพาณิชย์ที่สร้างขึ้นภายในโครงทรงกลมซึ่งหมุนอย่างต่อเนื่องตลอดวงจรการเจริญเติบโตของพืชชนิดใดก็ตามที่ปลูก
แม้ว่ารายละเอียดของระบบจะแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไประบบจะหมุนหนึ่งรอบต่อชั่วโมง ทำให้พืชได้หมุนครบ 24 รอบในวงกลมทุกๆ 24 ชั่วโมง ตรงกลางของสวนไฮโดรโปนิกส์แบบหมุนได้แต่ละแห่งจะมีไฟปลูกพืชความเข้มสูง ซึ่งออกแบบมาเพื่อจำลองแสงแดด โดยมักจะใช้ตัวตั้งเวลาแบบกลไกช่วยควบคุม
ในแต่ละวัน ขณะที่พืชหมุน พืชจะได้รับการรดน้ำเป็นระยะด้วยสารละลายสำหรับการเจริญเติบโตแบบไฮโดรโปนิกส์ เพื่อให้สารอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตที่แข็งแรง เนื่องจากพืชต้องต่อสู้กับแรงโน้มถ่วงอย่างต่อเนื่อง พืชจึงมักจะเจริญเติบโตเต็มที่เร็วกว่าเมื่อปลูกในดินหรือระบบไฮโดรโปนิกส์แบบดั้งเดิมอื่นๆ[ 60 ]เนื่องจากระบบไฮโดรโปนิกส์แบบหมุนมีขนาดเล็ก จึงทำให้สามารถปลูกพืชได้มากขึ้นต่อพื้นที่มากกว่าระบบไฮโดรโปนิกส์แบบดั้งเดิมอื่นๆ[ 61 ]
ควรหลีกเลี่ยงระบบไฮโดรโปนิกส์แบบหมุนในสถานการณ์ส่วนใหญ่ เนื่องจากมีลักษณะเป็นการทดลองและมีต้นทุนสูงในการค้นหา ซื้อ ดำเนินการ และบำรุงรักษา[ 62 ]
การทำฟาร์มแนวตั้ง
ข้อดีบางประการของการทำฟาร์มแนวตั้งได้แก่ พืชที่ปลูกด้วยเทคนิคนี้สามารถปลูกภายในอาคาร วางซ้อนกันเป็นชั้นๆ และสามารถใช้ประโยชน์จากเทคนิคการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดิน เช่น ไฮโดรโปนิกส์[ 63 ]
ประโยชน์ด้านสิ่งแวดล้อม
การทำฟาร์มแบบไฮโดรโปนิกส์มีประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมหลายประการเมื่อเทียบกับการเกษตรแบบดั้งเดิม ประโยชน์ที่สำคัญที่สุดคือการลดการใช้น้ำและการควบคุมการใช้สารอาหาร ระบบไฮโดรโปนิกส์สามารถใช้น้ำน้อยลงถึง 90% เมื่อเทียบกับการทำฟาร์มแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ ในระบบไฮโดรโปนิกส์ น้ำและสารอาหารจะถูกหมุนเวียนในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ ซึ่งช่วยลดการไหลบ่าและการปล่อยมลพิษลงสู่แหล่งน้ำในท้องถิ่น[ 64 ]
การใช้ไฮโดรโปนิกส์ในการปลูกพืชในร่มหรือในเรือนกระจกช่วยลดการใช้ที่ดิน ทำให้สามารถสงวนดินที่ใช้ทำการเกษตรและที่ดินสำหรับวัตถุประสงค์อื่นได้ นอกจากนี้ การใช้สภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้สำหรับการทำฟาร์มไฮโดรโปนิกส์ยังช่วยลดความจำเป็นในการใช้ยาฆ่าแมลงและสารเคมีอื่นๆ เนื่องจากศัตรูพืชและโรคต่างๆ ในการเกษตรส่วนใหญ่มีสาเหตุมาจากดิน การใช้ไฮโดรโปนิกส์ใช้วัสดุอื่นๆ แทนดิน จึงช่วยลดอุปสรรคในการทำฟาร์มเหล่านี้ได้[ 65 ]
การใช้ระบบไฮโดรโปนิกส์ที่ปลูกพืชในแนวตั้งอย่างมีประสิทธิภาพด้านพื้นที่ยังทำให้สามารถปลูกพืชในเขตเมืองได้ อย่างไรก็ตาม ระบบเหล่านี้อาจใช้พลังงานจำนวนมากเนื่องจากการใช้ระบบกรองน้ำและแสงสว่างเทียมด้วยเหตุนี้ คาร์บอนฟุตพริ้นท์ของฟาร์มไฮโดรโปนิกส์จึงอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น แหล่งพลังงาน สภาพอากาศในท้องถิ่น และขนาดของการดำเนินงาน การใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น แผงโซลาร์เซลล์ มีความเป็นไปได้ที่จะทำให้ฟาร์มไฮโดรโปนิกส์มีความยั่งยืนมากขึ้น[ 64 ]
การใช้ทรัพยากร
ระบบไฮโดรโปนิกส์ใช้น้ำน้อยกว่าการทำฟาร์มแบบดั้งเดิมเนื่องจากระบบสามารถหมุนเวียนน้ำได้แทนที่จะดูดซับจากดินหรือสูญเสียไปกับการระเหย[ 66 ]สารอาหารยังถูกส่งไปยังรากพืชได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดการสูญเสียสารอาหารและลดต้นทุนในการใส่ปุ๋ยพืชผล
ผลผลิตสูงขึ้นและเติบโตเร็วขึ้น
เนื่องจากพืชได้รับน้ำ สารอาหาร และแสงในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ การปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์จึงช่วยให้พืชเจริญเติบโตได้เร็วขึ้นและอาจให้ผลผลิตมากขึ้นในพื้นที่เท่าเดิมหรือเล็กลง บางการศึกษาแสดงให้เห็นว่าผลผลิตพืชเพิ่มขึ้นถึง 20–30% เมื่อเทียบกับวิธีการทำฟาร์มแบบดั้งเดิม[ 67 ]
ผลิตได้ตลอดทั้งปี
เนื่องจากพืชไฮโดรโปนิกส์สามารถปลูกในร่มได้ในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ พืชจึงไม่ขึ้นอยู่กับฤดูกาลเพาะปลูกหรือสภาพอากาศ นอกจากนี้ สภาพอากาศที่รุนแรง เช่น ภัยแล้งและอุณหภูมิเยือกแข็งก็มีผลกระทบต่อพืชน้อยลง ทำให้การผลิตมีเสถียรภาพและช่วยให้ไฮโดรโปนิกส์สามารถผลิตพืชได้สม่ำเสมอกว่าการทำฟาร์มแบบดั้งเดิมตลอดทั้งปี[ 68 ]
การควบคุมศัตรูพืชและโรค
เนื่องจากไฮโดรโปนิกส์ใช้สารตั้งต้นแทนดินเป็นฐานสำหรับการเจริญเติบโตของราก จึงช่วยขจัดโรคและศัตรูพืชที่เกิดจากดิน ซึ่งช่วยลดการใช้สารเคมีกำจัดศัตรูพืชและลดต้นทุนการบำรุงรักษาพืชผล[ 66 ]
การปลูกพืชในเมือง
สวนไฮโดรโปนิกส์สามารถจัดตั้งขึ้นในเขตเมืองที่มีพื้นที่เพาะปลูกน้อยหรือไม่มีเลย สามารถสร้างบนดาดฟ้า ในโกดัง หรือพื้นที่ว่างอื่นๆ ได้ ซึ่งเปิดโอกาสให้ชุมชนในเมืองมีพืชผลที่ปลูกใกล้ตัวมากขึ้น ทำให้สามารถจัดส่งได้ใกล้ขึ้นและได้ผลผลิตที่สดใหม่กว่าสำหรับผู้บริโภค[ 69 ]
วัสดุรองรับการเจริญเติบโต (Substrate)
วัสดุปลูกแต่ละชนิดเหมาะสมกับเทคนิคการปลูกที่แตกต่างกัน
ใยหิน
ใยหิน ( ใยแร่ ) เป็นวัสดุปลูกที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในระบบไฮโดรโปนิกส์ ใยหินเป็นวัสดุเฉื่อยที่เหมาะสำหรับทั้งระบบหมุนเวียนน้ำและระบบที่ปล่อยทิ้ง ใยหินทำจากหินหลอมเหลว หินบะซอลต์ หรือ "ตะกรัน" ที่นำมาปั่นเป็นเส้นใยเดี่ยวๆ และยึดติดกันเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติในการดูดซับน้ำได้ดี และป้องกันการย่อยสลายจากจุลินทรีย์ได้ โดยทั่วไปแล้ว ใยหินจะใช้เฉพาะในระยะต้นกล้า หรือกับกิ่งที่ตัดใหม่ แต่สามารถอยู่กับโคนต้นได้ตลอดอายุของต้นไม้ ใยหินมีข้อดีหลายประการและข้อเสียบางประการ ข้อเสียคืออาจทำให้เกิดการระคายเคืองผิวหนัง (ทางกล) ขณะสัมผัส (1:1000) การล้างด้วยน้ำเย็นมักจะช่วยบรรเทาอาการได้ ข้อดีคือประสิทธิภาพและประสิทธิผลที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในฐานะวัสดุปลูกไฮโดรโปนิกส์เชิงพาณิชย์ ใยหินส่วนใหญ่ที่จำหน่ายในปัจจุบันเป็นวัสดุที่ไม่เป็นอันตรายและไม่ก่อมะเร็ง จัดอยู่ในประเภทหมายเหตุ Q ของระเบียบการจำแนกประเภท บรรจุภัณฑ์ และการติดฉลาก (CLP) ของสหภาพยุโรป
ผลิตภัณฑ์ใยแร่สามารถออกแบบให้กักเก็บน้ำและอากาศได้ในปริมาณมาก ซึ่งช่วยในการเจริญเติบโตของรากและการดูดซึมสารอาหารในระบบไฮโดรโปนิกส์ นอกจากนี้ลักษณะที่เป็นเส้นใยยังช่วยให้โครงสร้างเชิงกลยึดพืชให้มั่นคงได้ดีอีกด้วยค่า pH ที่สูงตามธรรมชาติ ของใยแร่ทำให้ในตอนแรกไม่เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของพืช และจำเป็นต้องมีการ "ปรับสภาพ" เพื่อให้ได้ใยแร่ที่มีค่า pH ที่เหมาะสมและคงที่[ 70 ]
มวลรวมดินเหนียวขยายตัว
เม็ดดินเผาเหมาะสำหรับระบบไฮโดรโปนิกส์ที่ควบคุมสารอาหารทั้งหมดในสารละลายน้ำอย่างระมัดระวัง เม็ดดินเผาเป็นสารเฉื่อย มีค่า pHเป็นกลาง และไม่มีคุณค่าทางโภชนาการใดๆ
ดินเหนียวจะถูกขึ้นรูปเป็นเม็ดกลมและเผาในเตาเผา แบบหมุน ที่อุณหภูมิ 1,200 องศาเซลเซียส (2,190 องศาฟาเรนไฮต์)กระบวนการนี้ทำให้ดินเหนียวขยายตัวเหมือนข้าวโพปคั่วและมีรูพรุน มีน้ำหนักเบาและไม่ยุบตัวเมื่อเวลาผ่านไป รูปร่างของเม็ดดินเหนียวแต่ละเม็ดอาจไม่สม่ำเสมอหรือสม่ำเสมอขึ้นอยู่กับยี่ห้อและกระบวนการผลิต ผู้ผลิตถือว่าดินเหนียวขยายตัวเป็นวัสดุปลูกที่ยั่งยืนทางนิเวศวิทยาและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เนื่องจากสามารถทำความสะอาดและฆ่าเชื้อได้ โดยทั่วไปจะล้างด้วยสารละลายน้ำส้มสายชูขาว สารฟอกขาวคลอรีนหรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ( H₂O) โอ ) และล้างออกให้สะอาดหมดจด
อีกมุมมองหนึ่งคือ ไม่ควรนำเม็ดดินเผากลับมาใช้ซ้ำ แม้ว่าจะทำความสะอาดแล้วก็ตาม เนื่องจากรากพืชอาจเจริญเติบโตเข้าไปในวัสดุปลูกได้ การแตกเม็ดดินเผาหลังจากใช้งานแล้วจะช่วยให้เห็นการเจริญเติบโตของรากพืชได้
โกรว์สโตนส์
Growstonesซึ่งทำจากเศษแก้ว มีพื้นที่ในการกักเก็บอากาศและน้ำมากกว่าเพอร์ไลต์และพีท วัสดุรวมนี้กักเก็บน้ำได้มากกว่าแกลบข้าวที่ผ่านการต้ม [ 71 ] Growstonesประกอบด้วยแคลเซียมคาร์บอเนต 0.5 ถึง 5% โดยปริมาตร [ 72 ] – สำหรับ Growstones ขนาดมาตรฐาน 5.1 กก. จะมี แคลเซียมคาร์บอเนต 25.8 ถึง 258 กรัม ส่วนที่เหลือเป็นแก้วโซดาไลม์[ 72 ]
ใยมะพร้าว
ใยมะพร้าวหรือที่รู้จักกันในชื่อพีทมะพร้าว เป็นผลพลอยได้จากธรรมชาติที่ได้จากการแปรรูปมะพร้าว เปลือกนอกของมะพร้าวประกอบด้วยเส้นใยซึ่งมักใช้ทำสิ่งของต่างๆ มากมาย ตั้งแต่เสื่อปูพื้นไปจนถึงแปรง หลังจากนำเส้นใยยาวไปใช้ในงานเหล่านั้นแล้ว ฝุ่นและเส้นใยสั้นจะถูกรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างใยมะพร้าว มะพร้าวดูดซับสารอาหารในระดับสูงตลอดวงจรชีวิต ดังนั้นใยมะพร้าวจึงต้องผ่านกระบวนการบ่มก่อนที่จะกลายเป็นวัสดุปลูกที่ใช้งานได้[ 73 ]กระบวนการนี้จะกำจัดเกลือ แทนนิน และสารประกอบฟีนอลออกไปโดยการล้างด้วยน้ำปริมาณมาก น้ำที่ปนเปื้อนเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการนี้ เนื่องจากต้องใช้น้ำ 300 ถึง 600 ลิตรต่อใยมะพร้าว 1 ลูกบาศก์เมตร[ 74 ]นอกจากนี้ การบ่มนี้อาจใช้เวลานานถึง 6 เดือน และจากการศึกษาหนึ่งสรุปว่าสภาพการทำงานในระหว่างกระบวนการบ่มนั้นเป็นอันตรายและผิดกฎหมายในอเมริกาเหนือและยุโรป[ 75 ]แม้ว่าจะต้องได้รับการดูแลเอาใจใส่ ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม แต่ใยมะพร้าวก็มีคุณสมบัติทางวัสดุที่น่าประทับใจ เมื่อสัมผัสกับน้ำ วัสดุสีน้ำตาล แห้ง เป็นก้อน และเป็นเส้นใยจะขยายตัวเกือบสามหรือสี่เท่าของขนาดเดิม คุณลักษณะนี้เมื่อรวมกับความสามารถในการกักเก็บน้ำและความต้านทานต่อศัตรูพืชและโรคของใยมะพร้าว ทำให้ใยมะพร้าวเป็นวัสดุปลูกที่มีประสิทธิภาพ เมื่อใช้เป็นทางเลือกแทนใยหิน ใยมะพร้าวจะให้สภาพการเจริญเติบโตที่เหมาะสม[ 76 ]
เปลือกข้าว
แกลบข้าวที่ผ่านการต้ม (PBH) เป็นผลพลอยได้ทางการเกษตรที่แทบจะไม่มีประโยชน์อะไรเลย แกลบข้าวจะสลายตัวไปตามกาลเวลาและช่วยในการระบายน้ำ[ 77 ]และยังกักเก็บน้ำได้น้อยกว่าหินเร่งการเจริญเติบโตอีกด้วย[ 71 ]การศึกษาหนึ่งแสดงให้เห็นว่าแกลบข้าวไม่มีผลต่อผลของ สารควบคุมการเจริญเติบโต ของพืช[ 77 ]
เพอร์ไลต์
เพอร์ไลต์เป็นหินภูเขาไฟที่ถูกทำให้ร้อนจัดจนกลายเป็นเม็ดแก้วขยายตัวที่มีน้ำหนักเบามาก ใช้ได้ทั้งแบบหลวมๆ หรือบรรจุในถุงพลาสติกที่แช่ในน้ำ นอกจากนี้ยังใช้ในส่วนผสมดินปลูกเพื่อลดความหนาแน่นของดิน อย่างไรก็ตาม เพอร์ไลต์มีฟลูออรีนในปริมาณสูงซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อพืชบางชนิด[ 78 ]เพอร์ไลต์มีคุณสมบัติและการใช้งานคล้ายกับเวอร์มิคูไลต์แต่โดยทั่วไปแล้วจะกักเก็บอากาศได้มากกว่าและกักเก็บน้ำได้น้อยกว่า และลอยตัวได้
เวอร์มิคูไลต์
เช่นเดียวกับเพอร์ไลต์เวอร์มิคูไลต์เป็นแร่ธาตุที่ถูกให้ความร้อนสูงจนขยายตัวกลายเป็นเม็ดเล็กๆ เวอร์มิคูไลต์สามารถกักเก็บน้ำได้มากกว่าเพอร์ไลต์ และมีคุณสมบัติในการ "ดูดซับ" น้ำและสารอาหารตามธรรมชาติในระบบไฮโดรโปนิกส์แบบพาสซีฟ หากมีน้ำมากเกินไปและอากาศไม่เพียงพอรอบๆ รากพืช ก็สามารถค่อยๆ ลดความสามารถในการกักเก็บน้ำของวัสดุปลูกได้โดยการผสมเพอร์ไลต์ลงไปในปริมาณที่เพิ่มขึ้น
หินภูเขาไฟ
เช่นเดียวกับเพอร์ไลต์ หินพัมมิสเป็นหินภูเขาไฟน้ำหนักเบาที่ได้จากการขุด และมีการนำไปใช้ในระบบไฮโดรโปนิกส์
ทราย
ทรายมีราคาถูกและหาได้ง่าย อย่างไรก็ตาม ทรายมีน้ำหนักมาก ไม่สามารถกักเก็บน้ำได้ดี และต้องฆ่าเชื้อระหว่างการใช้งาน[ 79 ]
กรวด
เป็นกรวดชนิดเดียวกับที่ใช้ในตู้ปลา แต่สามารถใช้กรวดขนาดเล็กชนิดใดก็ได้ เพียงแต่ต้องล้างให้สะอาดก่อน ที่จริงแล้ว การปลูกพืชในระบบกรองกรวดแบบดั้งเดิม โดยใช้ปั๊มน้ำแบบใช้ไฟฟ้าหมุนเวียน ก็คือการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ด้วยกรวด หรือที่เรียกว่า "นูทริคัลเจอร์" นั่นเอง กรวดมีราคาไม่แพง ทำความสะอาดง่าย ระบายน้ำได้ดี และไม่แฉะ อย่างไรก็ตาม กรวดมีน้ำหนักมาก และหากระบบไม่ให้น้ำอย่างต่อเนื่อง รากพืชอาจแห้งได้
เส้นใยไม้
เส้นใยไม้ที่ผลิตจากการเสียดสีของไอน้ำกับไม้ เป็นวัสดุอินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสำหรับไฮโดรโปนิกส์ มีข้อดีคือสามารถคงโครงสร้างไว้ได้นานมากใยไม้ (เช่น เศษไม้) ถูกนำมาใช้ตั้งแต่ยุคแรกเริ่มของการวิจัยไฮโดรโปนิกส์[ 28 ]อย่างไรก็ตาม การวิจัยล่าสุดชี้ให้เห็นว่าเส้นใยไม้อาจมีผลเสียต่อ "สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืช" [ 77 ]
ขนแกะ
ขนแกะจากการตัดขนเป็นวัสดุปลูกพืชหมุนเวียนที่ใช้กันน้อยแต่มีแนวโน้มที่ดี ในการศึกษาเปรียบเทียบขนแกะกับแผ่นพีท แผ่นใยมะพร้าว เพอร์ไลต์ และแผ่นร็อควูลในการปลูกแตงกวา พบว่าขนแกะมีปริมาณอากาศสูงถึง 70% ซึ่งลดลงเมื่อใช้งานจนเหลือ 43% และมีปริมาณน้ำที่เพิ่มขึ้นจาก 23% เป็น 44% เมื่อใช้งาน[ 80 ]การใช้ขนแกะส่งผลให้ได้ผลผลิตสูงสุดในบรรดาวัสดุปลูกที่ทดสอบ ในขณะที่การใช้สารกระตุ้นทางชีวภาพที่ประกอบด้วยกรดฮิวมิก กรดแลคติก และ Bacillus subtilis ช่วยเพิ่มผลผลิตในวัสดุปลูกทุกชนิด[ 80 ]
เศษอิฐ
เศษอิฐมีคุณสมบัติคล้ายกับกรวด มีข้อเสียเพิ่มเติมคืออาจทำให้ค่า pH เปลี่ยนแปลงและต้องทำความสะอาดเพิ่มเติมก่อนนำกลับมาใช้ใหม่[ 81 ]
เม็ดโฟมโพลีสไตรีนสำหรับบรรจุภัณฑ์
เม็ดโฟมโพลีส ไตรีน มีราคาไม่แพง หาได้ง่าย และมีการระบายน้ำที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม อาจมีน้ำหนักเบาเกินไปสำหรับการใช้งานบางอย่าง ส่วนใหญ่ใช้ในระบบท่อปิด โปรดทราบว่า ต้องใช้เม็ด โฟมโพลีส ไตรีนที่ไม่สามารถย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เท่านั้น เม็ดโฟมที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพจะสลายตัวกลายเป็นกากตะกอน พืชอาจดูดซับสไตรีนและส่งต่อไปยังผู้บริโภค ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสุขภาพได้[ 81 ]
สารละลายธาตุอาหาร
สารละลายไฮโดรโปนิกส์อนินทรีย์
การจัดเตรียม สารละลายสำหรับการปลูกพืช แบบไฮโดรโปนิกส์เป็นการประยุกต์ใช้โภชนาการพืชโดยอาการขาดสารอาหารจะคล้ายคลึงกับที่พบในเกษตรกรรมแบบดั้งเดิมที่ใช้ดินเป็นฐานอย่างไรก็ตาม เคมีพื้นฐานของสารละลายไฮโดรโปนิกส์อาจแตกต่างจากเคมีของดินในหลายแง่มุมที่สำคัญ ความแตกต่างที่สำคัญ ได้แก่:
- ต่างจากดิน สารละลายธาตุอาหารสำหรับการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ไม่มีความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวก (CEC) จากอนุภาคดินเหนียวหรืออินทรียวัตถุ การไม่มี CEC และรูพรุนในดินหมายความว่าค่าpH ความอิ่มตัวของออกซิเจนและความเข้มข้นของธาตุอาหารสามารถเปลี่ยนแปลงได้รวดเร็วกว่าในระบบไฮโดรโปนิกส์มากกว่าในดิน
- การดูดซึมสารอาหารแบบเลือกสรรโดยพืชมักทำให้ปริมาณไอออนประจุลบในสารละลาย ไม่สมดุล [ 28 ] [ 82 ] [ 66 ]ความไม่สมดุลนี้สามารถส่งผลกระทบต่อค่า pH ของสารละลายและความสามารถของพืชในการดูดซึมสารอาหารที่มีประจุไอออนคล้ายกันได้อย่างรวดเร็ว (ดูบทความเกี่ยวกับศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ ) ตัวอย่างเช่นแอนไอออน ไนเตรต มักถูกพืชใช้ไปอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างโปรตีน ทำให้มี แคตไอออนส่วนเกินอยู่ในสารละลาย[ 28 ]ความไม่สมดุลของแคตไอออนนี้อาจนำไปสู่อาการขาดสารอาหารที่มีแคตไอออนเป็นองค์ประกอบอื่นๆ (เช่นMg 2+ ) แม้ว่าจะมีปริมาณสารอาหารเหล่านั้นละลายอยู่ในสารละลายในปริมาณที่เหมาะสมแล้วก็ตาม[ 82 ] [ 66 ]
- ขึ้นอยู่กับค่า pH หรือการมีสารปนเปื้อนในน้ำสารอาหารเช่นเหล็กอาจตกตะกอนออกจากสารละลายและพืชไม่สามารถนำไปใช้ได้ การปรับค่า pH อย่างสม่ำเสมอ การใช้บัฟเฟอร์ในสารละลาย หรือการใช้สารคีเลตมักเป็นสิ่งจำเป็น[ 83 ]
- ต่างจากดินประเภทต่างๆซึ่งองค์ประกอบอาจแตกต่างกันอย่างมากสารละลายไฮโดรโปนิกส์มักมีมาตรฐานและต้องมีการบำรุงรักษาเป็นประจำสำหรับการเพาะปลูกพืช[ 84 ]ภายใต้สภาวะห้องปฏิบัติการที่ควบคุม สารละลายไฮโดรโปนิกส์จะถูกปรับค่า pH ให้ใกล้เคียงกับค่ากลาง (pH 6.0) เป็นระยะ และมีการเติมออกซิเจน นอกจากนี้ ต้องเติมน้ำให้เต็มเพื่อชดเชย การสูญเสีย จากการคายน้ำและต้องเติมสารละลายธาตุอาหารใหม่เพื่อแก้ไขความไม่สมดุลของธาตุอาหารที่เกิดขึ้นเมื่อพืชเจริญเติบโตและใช้ธาตุอาหารสำรองจนหมด บางครั้งการวัด ไอออนไน เตรต เป็นประจำ จะใช้เป็นพารามิเตอร์สำคัญในการประมาณสัดส่วนและความเข้มข้นของไอออนธาตุอาหารที่จำเป็นอื่นๆ ที่เหลืออยู่ เพื่อฟื้นฟูสารละลายให้สมดุล[ 85 ]
- ตัวอย่างที่รู้จักกันดีของสารละลายธาตุอาหารมาตรฐานที่สมดุล ได้แก่สารละลายโฮกลันด์สารละลายธาตุอาหารลองแอช ตัน หรือสารละลายนอป
- อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันสารละลายธาตุอาหารแบบไฮบริดมีบทบาทสำคัญมากกว่าสารละลายดั้งเดิมหรือที่ดัดแปลงของHoagland , HewittหรือKnopที่ กล่าวมาข้างต้น [ 86 ]
เช่นเดียวกับการเกษตรแบบดั้งเดิม สารอาหารควรได้รับการปรับให้สอดคล้องกับกฎของ Liebig ขั้นต่ำ สำหรับ พันธุ์พืชแต่ละชนิด[ 82 ] อย่างไรก็ตามโดยทั่วไปแล้วจะมีระดับความเข้มข้นที่ยอมรับได้สำหรับสารละลายธาตุอาหาร โดยช่วงความเข้มข้นต่ำสุดและสูงสุดสำหรับพืชส่วนใหญ่จะค่อนข้างคล้ายกัน[ 87 ]สารละลายธาตุอาหารส่วนใหญ่จะผสมให้มีความเข้มข้นระหว่าง 1,000 ถึง 2,500 ppm [ 28 ] ความเข้มข้นที่ยอมรับได้สำหรับไอออนธาตุอาหารแต่ละชนิด ซึ่งประกอบกันเป็นค่า ppm ทั้งหมดนั้น สรุปไว้ในตารางต่อไปนี้ สำหรับธาตุอาหารที่จำเป็น ความเข้มข้นที่ต่ำกว่าช่วงเหล่านี้มักนำไปสู่การขาดธาตุอาหาร ในขณะที่ความเข้มข้นที่เกินช่วงเหล่านี้อาจนำไปสู่ความเป็นพิษของธาตุอาหาร ความเข้มข้นของธาตุอาหารที่เหมาะสมที่สุดสำหรับพันธุ์พืชจะพบได้จากประสบการณ์หรือจากการทดสอบเนื้อเยื่อพืช[ 82 ]
| องค์ประกอบ | บทบาท | รูปแบบไอออนิก | ช่วงค่าต่ำ (ppm) | ช่วงสูง (ppm) | แหล่งข้อมูลทั่วไป | ความคิดเห็น |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ไนโตรเจน | สารอาหารหลักที่จำเป็น | NO − หรือNH + | 100 [ 66 ] | 1000 [ 82 ] | KNO₃ , NH₄NO₃ , Ca ) , HNO₃ , ( ) และ( ) | NH + ขัดขวางการดูดซึม Ca 2+และอาจเป็นพิษต่อพืชหากใช้เป็นแหล่งไนโตรเจนหลักบางครั้งแนะนำให้ใช้ อัตราส่วน 3:1 ของ NO − -N ต่อ NH + -N ( ร้อยละโดยน้ำหนัก ) เพื่อปรับสมดุล pH ในระหว่างการดูดซึมไนโตรเจน [ 66 ]พืชตอบสนองแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับรูปแบบของไนโตรเจน เช่น แอมโมเนียมมีประจุบวก ดังนั้นพืชจึงขับโปรตอนหนึ่งตัว (H + ) ออกมา) สำหรับทุกๆ NH + ที่ถูกดูดซึม ส่งผลให้ค่า pH ของไรโซสเฟียร์ลดลง เมื่อได้รับ NO − สิ่งตรงกันข้ามอาจเกิดขึ้นได้ โดยพืชจะปล่อยไบคาร์บอเนต (HCO − ) ซึ่งทำให้ค่า pH ของไรโซสเฟียร์เพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงของค่า pH เหล่านี้สามารถส่งผลต่อความพร้อมใช้งานของสารอาหารพืชอื่นๆ (เช่น Zn, Ca, Mg) [ 88 ] |
| โพแทสเซียม | สารอาหารหลักที่จำเป็น | เค+ | 100 [ 82 ] | 400 [ 82 ] | KNO₃ , K₂SO₄ , KCl , KOH , K₂CO₃ , K₂HPO₄ | ความเข้มข้นสูงจะรบกวนการทำงานของ Fe, Mn และ Zn การขาดสังกะสีมักจะเห็นได้ชัดเจนที่สุด[ 66 ] |
| ฟอสฟอรัส | สารอาหารหลักที่จำเป็น | PO 3− | 30 [ 66 ] | 100 [ 82 ] | K₂HPO₄ KH₂PO₄ , NH₄H₂PO₄ , และCa ₂ | NO − ส่วนเกิน มีแนวโน้มที่จะยับยั้งการดูดซึม PO 3− อัตราส่วนของเหล็กต่อ PO 3− สามารถส่งผลต่อปฏิกิริยาการตกตะกอนร่วมได้[ 82 ] |
| แคลเซียม | สารอาหารหลักที่จำเป็น | แคลเซียม2+ | 200 [ 66 ] | 500 [ 82 ] | Ca(NO ) , Ca(H PO ) , CaSO , CaCl | Ca 2+ ส่วนเกินจะยับยั้ง การดูดซึมMg 2+ [ 66 ] |
| แมกนีเซียม | สารอาหารหลักที่จำเป็น | เอ็มจี2+ | 50 [ 82 ] | 100 [ 82 ] | MgSO และMgCl | ไม่ควรเกินความเข้มข้นของ Ca 2+เนื่องจากการดูดซึมแบบแข่งขัน[ 66 ] |
| กำมะถัน | สารอาหารหลักที่จำเป็น | SO 2− | 50 [ 66 ] | 1000 [ 82 ] | MgSO₄ , , CaSO₄ , ( NH₄ , ZnSO₄ , , และMnSO₄ | ต่างจากสารอาหารส่วนใหญ่ พืชสามารถทนต่อความเข้มข้นสูงของ SO 2− ได้ โดยดูดซับสารอาหารตามที่ต้องการ[ 28 ] [ 82 ] [ 66 ]อย่างไรก็ตาม ผลกระทบของไอออนประจุลบที่ไม่พึงประสงค์ ยังคงเกิดขึ้น |
| เหล็ก | ธาตุอาหารรองที่จำเป็น | Fe 3+และ Fe 2+ | 2 [ 66 ] | 5 [ 82 ] | Fe DTPA , Fe EDTA , เหล็กซิเตรต , เหล็กทาร์เทรต , FeCl , เฟอร์ริก EDTAและ FeSO | ค่า pHที่สูงกว่า 6.5 จะทำให้ความสามารถในการละลายของเหล็กลดลงอย่างมาก มักมีการเติม สารคีเลต ( เช่นDTPA กรดซิตริกหรือ EDTA) เพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายของเหล็กในช่วง pH ที่กว้างขึ้น[ 66 ] |
| สังกะสี | ธาตุอาหารรองที่จำเป็น | ซิงค์2+ | 0.05 [ 66 ] | 1 [ 82 ] | ZnSO | สังกะสีส่วนเกินเป็นพิษต่อพืชอย่างมาก แต่จำเป็นต่อพืชในความเข้มข้นต่ำ ปริมาณสังกะสีในอาหารจากพืชที่วางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์มีตั้งแต่ 3 ถึง 10 ไมโครกรัมต่อกรัมน้ำหนักสด[ 89 ] |
| ทองแดง | ธาตุอาหารรองที่จำเป็น | คิว2+ | 0.01 [ 66 ] | 1 [ 82 ] | คิวเอสโอ | ความไวของพืชต่อทองแดงนั้นแตกต่างกันอย่างมาก ความเข้มข้น 0.1 ppm อาจเป็นพิษต่อพืชบางชนิด[ 66 ]ในขณะที่ความเข้มข้นสูงถึง 0.5 ppm มักถือว่าเหมาะสมสำหรับพืชหลายชนิด[ 82 ] |
| แมงกานีส | ธาตุอาหารรองที่จำเป็น | เอ็มเอ็น2+ | 0.5 [ 82 ] [ 66 ] | 1 [ 82 ] | MnSO และMnCl | การดูดซึมจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีความเข้มข้นของPO 3− [ 66 ] |
| โบรอน | ธาตุอาหารรองที่จำเป็น | บี(OH) − | 0.3 [ 66 ] | 10 [ 82 ] | H BO และNa B O | โบรอนเป็นสารอาหารที่จำเป็น แต่พืชบางชนิดมีความไวต่อโบรอนสูงมาก (เช่น ผลกระทบที่เป็นพิษปรากฏให้เห็นใน ต้น ส้มที่ความเข้มข้น 0.5 ppm) [ 82 ] |
| โมลิบเดนัม | ธาตุอาหารรองที่จำเป็น | MoO − | 0.001 [ 82 ] | 0.05 [ 66 ] | (NH ) หมู่โอและนาหมู่ | ส่วนประกอบของเอนไซม์ไนเตรต รีดักเทสและจำเป็นสำหรับไรโซเบียมในการตรึงไนโตรเจน[ 66 ] |
| คลอรีน | ธาตุอาหารรองที่จำเป็น | Cl − | 0.65 [ 90 ] | 9 [ 91 ] | KCl, CaCl₂ MgCl₂ NaCl | อาจรบกวนการดูดซึม NO − ในพืชบางชนิด แต่อาจเป็นประโยชน์ในพืชบางชนิด (เช่น ในหน่อไม้ฝรั่งที่ 5 ppm) ไม่พบในสนเฟิร์นและมอสส่วนใหญ่[ 82 ]คลอไรด์เป็นหนึ่งใน16 ธาตุที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช เนื่องจากคาดว่าพืชต้องการในปริมาณเล็กน้อยเพื่อการเจริญเติบโตที่ดี (< 50–100 μM ในอาหารเลี้ยงเชื้อ) คลอไรด์จึงถูกจัดเป็นธาตุอาหารรอง[ 92 ] |
| อะลูมิเนียม | ธาตุอาหารรองแปรผันได้ | อัล3+ | 0 | 10 [ 82 ] | Al (SO ) | จำเป็นสำหรับพืชบางชนิด (เช่นถั่วลันเตาข้าวโพดดอกทานตะวันและธัญพืช ) อาจเป็นพิษต่อพืชบางชนิดที่ความเข้มข้นต่ำกว่า 10 ppm [ 82 ]บางครั้งใช้ในการผลิตสีดอกไม้ (เช่น โดยไฮเดรนเจีย ) |
| ซิลิคอน | ธาตุอาหารรองแปรผันได้ | SiO 2− | 0 | 140 [ 66 ] | K SiO , นา SiO และH SiO | พบได้ในพืชส่วนใหญ่ มีมากในพืชตระกูลธัญพืช หญ้า และเปลือกไม้ มีหลักฐานว่า SiO 2− ช่วยเพิ่มความต้านทานโรคของพืช[ 82 ] |
| ไทเทเนียม | ธาตุอาหารรองแปรผันได้ | ไท3+ | 0 | 5 [ 82 ] | H TiO | อาจจำเป็น แต่ Ti 3+ ในปริมาณ เล็กน้อยนั้นพบได้ทั่วไปจนแทบไม่จำเป็นต้องเติม[ 66 ]ที่ความเข้มข้น 5 ppm พบว่ามีผลดีต่อการเจริญเติบโตของพืชบางชนิด (เช่นสับปะรดและถั่วลันเตา) [ 82 ] |
| โคบอลต์ | ธาตุอาหารรองแปรผันได้ | โค2+ | 0 | 0.1 [ 82 ] | โคโซ | จำเป็นสำหรับไรโซเบียม ซึ่งสำคัญต่อการสร้างปมรากของพืชตระกูลถั่ว[ 66 ]สาหร่ายบางชนิดต้องการโคบอลต์สำหรับการสังเคราะห์วิตามินบี 12 [ 93 ] |
| นิกเกิล | ธาตุอาหารรองแปรผันได้ | นิกเกล 2+ | 0.057 [ 66 ] | 1.5 [ 82 ] | นิโซโตรซา (NiSO4) และนิโซโตรโค | จำเป็นต่อพืชหลายชนิด (เช่น พืช ตระกูลถั่วและพืชธัญพืชบางชนิด) [ 66 ]ยังใช้ในเอนไซม์ยูรีเอสด้วย |
| โซเดียม | ธาตุอาหารรองที่ไม่จำเป็น | นา+ | 0 | 31 [ 94 ] | นา SiO , นา SO , NaCl, NaHCO และNaOH | Na +สามารถทดแทน K + ได้บางส่วน ในหน้าที่บางอย่างของพืช แต่ K +ก็ยังคงเป็นสารอาหารที่จำเป็น[ 82 ] |
| วาเนเดียม | ธาตุอาหารรองที่ไม่จำเป็น | VO 2+ | 0 | ร่องรอย ไม่สามารถระบุได้ | โวโซ | เป็นประโยชน์ต่อการตรึงN2ของ ไรโซเบี [ 66 ] |
| ลิเธียม | ธาตุอาหารรองที่ไม่จำเป็น | หลี่+ | 0 | ยังไม่ทราบแน่ชัด | Li₂SO₄ , LiClและLiOH | Li +สามารถเพิ่มปริมาณคลอโรฟิลล์ในพืชบางชนิดได้ (เช่นมันฝรั่งและพริก ) [ 66 ] |
สารละลายไฮโดรโปนิกส์อินทรีย์
ปุ๋ยอินทรีย์สามารถใช้เสริมหรือทดแทนสารประกอบอนินทรีย์ที่ใช้ในสารละลายไฮโดรโปนิกส์แบบดั้งเดิมได้ ทั้งหมด [ 82 ] [ 66 ]อย่างไรก็ตาม การใช้ปุ๋ยอินทรีย์ก่อให้เกิดความท้าทายหลายประการที่ไม่สามารถแก้ไขได้ง่าย ตัวอย่างเช่น:
- ปุ๋ยอินทรีย์มีความหลากหลายอย่างมากในองค์ประกอบทางโภชนาการ ทั้งในแง่ของแร่ธาตุและสารอินทรีย์และอนินทรีย์ชนิด ต่างๆ แม้แต่ปุ๋ยที่มีลักษณะคล้ายกันก็อาจแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับแหล่งที่มา (เช่น คุณภาพของมูลสัตว์จะแตกต่างกันไปตามอาหารที่สัตว์กิน)
- ปุ๋ยอินทรีย์มักได้มาจากผลพลอยได้จากสัตว์ ทำให้การแพร่กระจายของโรคเป็นปัญหาสำคัญสำหรับพืชที่ปลูกเพื่อการบริโภคของมนุษย์หรือเป็นอาหารสัตว์
- ปุ๋ยอินทรีย์มักมีลักษณะเป็นอนุภาคมีสารมลพิษ ต่อสิ่งแวดล้อม และอาจอุดตันวัสดุปลูกหรืออุปกรณ์เพาะปลูกอื่นๆการร่อนหรือบดวัสดุอินทรีย์ให้เป็นผงละเอียดจึงมักเป็นสิ่งจำเป็น
- กระบวนการ ย่อยสลาย และการเปลี่ยนแปลง ทางชีวเคมีของสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน สามารถทำให้แร่ธาตุที่เป็นส่วนประกอบของสารเหล่านั้นสามารถนำไปใช้ประโยชน์โดยพืชได้
- สารอินทรีย์บางชนิด (โดยเฉพาะปุ๋ยคอกและเครื่องในสัตว์ ) สามารถย่อยสลายต่อไปจนปล่อยกลิ่นเหม็นหรืออนุภาคนาโน ออกมา ได้ ภายใต้ สภาวะที่ปราศจากออกซิเจน
- โมเลกุลอินทรีย์หลายชนิด (เช่นน้ำตาล ) ต้องการออกซิเจนเพิ่มเติมในระหว่างกระบวนการย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน ซึ่งจำเป็นต่อการหายใจระดับเซลล์ในรากพืช
- สารประกอบอินทรีย์ (เช่น น้ำตาลวิตามินฯลฯ) ไม่จำเป็นต่อโภชนาการของพืชตามปกติ[ 95 ]
อย่างไรก็ตาม หากมีการใช้มาตรการป้องกัน ปุ๋ยอินทรีย์ก็สามารถนำมาใช้ในระบบไฮโดรโปนิกส์ได้อย่างประสบความสำเร็จ[ 82 ] [ 66 ]
สารอาหารหลักที่ได้จากแหล่งธรรมชาติ
ตัวอย่างของวัสดุที่เหมาะสมพร้อมปริมาณสารอาหารเฉลี่ยที่คำนวณเป็นเปอร์เซ็นต์ของมวลแห้งแสดงอยู่ในตารางต่อไปนี้[ 82 ]
| วัสดุอินทรีย์ | เอ็น | พีโอ | เคโอ | CaO | เอ็มจีโอ | โซ | ความคิดเห็น |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| อาหารเลือด | 13.0% | 2.0% | 1.0% | 0.5% | – | – | |
| เถ้ากระดูก | – | 35.0% | – | 46.0% | 1.0% | 0.5% | |
| ผงกระดูก | 4.0% | 22.5% | – | 33.0% | 0.5% | 0.5% | |
| ผงกีบ / เขา | 14.0% | 1.0% | – | 2.5% | – | 2.0% | |
| ปลาป่น | 9.5% | 7.0% | – | 0.5% | – | – | |
| เศษขนสัตว์ | 3.5% | 0.5% | 2.0% | 0.5% | – | – | |
| ขี้เถ้าไม้ | – | 2.0% | 5.0% | 33.0% | 3.5% | 1.0% | |
| เถ้าเมล็ดฝ้าย | – | 5.5% | 27.0% | 9.5% | 5.0% | 2.5% | |
| กากเมล็ดฝ้าย | 7.0% | 3.0% | 2.0% | 0.5% | 0.5% | – | |
| ตั๊กแตนหรือแมลงตั๊กแตนแห้ง | 10.0% | 1.5% | 0.5% | 0.5% | – | – | |
| เศษหนัง | 5.5% ถึง 22% | – | – | – | – | – | บดจนเป็นผงละเอียด[ 66 ] |
| ผงสาหร่ายทะเล, สาหร่ายทะเลเหลว | 1% | – | 12% | – | – | – | มีสินค้าสำหรับใช้ในเชิงพาณิชย์วางจำหน่ายแล้ว |
| มูลสัตว์ ปีก | 2% ถึง 5% | 2.5% ถึง 3% | 1.3% ถึง 3% | 4.0% | 1.0% | 2.0% | ปุ๋ยหมักเหลวที่ผ่านการกรองเพื่อกำจัดของแข็งและตรวจสอบหาเชื้อโรค[ 82 ] |
| มูลแกะ | 2.0% | 1.5% | 3.0% | 4.0% | 2.0% | 1.5% | เช่นเดียวกับมูลสัตว์ปีก |
| มูลแพะ | 1.5% | 1.5% | 3.0% | 2.0% | – | – | เช่นเดียวกับมูลสัตว์ปีก |
| มูลม้า | 3% ถึง 6% | 1.5% | 2% ถึง 5% | 1.5% | 1.0% | 0.5% | เช่นเดียวกับมูลสัตว์ปีก |
| มูลวัว | 2.0% | 1.5% | 2.0% | 4.0% | 1.1% | 0.5% | เช่นเดียวกับมูลสัตว์ปีก |
| มูลค้างคาว | 8.0% | 40% | 29% | ติดตาม | ติดตาม | ติดตาม | มีสารอาหารรองสูง[ 66 ]มีจำหน่ายทั่วไป |
| มูลนก | 13% | 8% | 20% | ติดตาม | ติดตาม | ติดตาม | มีธาตุอาหารรองสูง มีจำหน่ายทั่วไป |
ธาตุอาหารรองที่ได้จากแหล่งธรรมชาติ
ธาตุอาหารรองสามารถหาได้จากปุ๋ยอินทรีย์เช่นกัน ตัวอย่างเช่น เปลือก สนที่หมักแล้ว มีแมงกานีส สูง และบางครั้งก็ใช้เพื่อตอบสนองความต้องการแร่ธาตุดังกล่าวใน สารละลายไฮโดรโปนิก ส์แบบดั้งเดิม[ 66 ]เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของโครงการเกษตรอินทรีย์แห่งชาติ สามารถเพิ่ม แร่ธาตุที่ไม่ผ่านการกลั่นและบดละเอียด(เช่นยิปซัมแคลไซต์และกลอโคไนต์ ) เพื่อตอบสนองความต้องการทางโภชนาการของพืชได้เช่นกัน
สารเติมแต่ง
สามารถเพิ่มสารประกอบลงในระบบไฮโดรโปนิกส์ทั้งแบบอินทรีย์และแบบดั้งเดิมเพื่อปรับปรุงการดูดซึมและการดูดซับสารอาหารของพืชสารคีเลตและกรดฮิวมิกแสดงให้เห็นว่าช่วยเพิ่มการดูดซึมสารอาหาร[ 96 ] [ 66 ]นอกจากนี้ แบคทีเรียส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช (PGPR) ซึ่งใช้กันเป็นประจำในการเกษตรในแปลงและเรือนกระจก แสดงให้เห็นว่ามีประโยชน์ต่อการเจริญเติบโตและการดูดซึมสารอาหารของพืชไฮโดรโปนิกส์[ 97 ] PGPR บางชนิดเป็นที่รู้จักกันดีว่าช่วยเพิ่มการตรึงไนโตรเจน ในขณะที่ไนโตรเจนโดยทั่วไปมีอยู่มากมายในระบบไฮโดรโปนิกส์ที่มีการจัดการปุ๋ยอย่างเหมาะสม สกุลAzospirillumและAzotobacterสามารถช่วยรักษารูปแบบของไนโตรเจนที่เคลื่อนย้ายได้ในระบบที่มีการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในไรโซสเฟียร์สูงขึ้น[ 98 ]วิธีการใส่ปุ๋ยแบบดั้งเดิมมักนำไปสู่ความเข้มข้นของไนเตรตที่สะสมสูงในเนื้อเยื่อพืชเมื่อเก็บเกี่ยวRhodopseudomonas palustrisได้รับการพิสูจน์แล้วว่าช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ไนโตรเจน เพิ่มผลผลิต และลดความเข้มข้นของไนเตรตลง 88% เมื่อเก็บเกี่ยว เมื่อเทียบกับวิธีการใส่ปุ๋ยไฮโดรโปนิกส์แบบดั้งเดิมในผักใบเขียว[ 99 ] แบคทีเรียสกุล Bacillus , PseudomonasและStreptomyces หลายชนิดสามารถเปลี่ยนฟอสฟอรัสในดินที่ไม่สามารถใช้ได้กับพืชให้เป็นแอนไอออนที่ละลายน้ำได้ โดยการลดค่า pH ของดิน ปลดปล่อยฟอสฟอรัสที่จับอยู่ในรูปคีเลตซึ่งสามารถใช้ได้ในช่วง pH ที่กว้างขึ้น และทำให้ฟอสฟอรัสอินทรีย์กลายเป็นแร่ธาตุ[ 98 ]
การศึกษาบางชิ้นพบว่า เชื้อ จุลินทรีย์ Bacillusช่วยให้ผักกาดหอมไฮโดรโปนิกส์สามารถเอาชนะความเครียดจากเกลือสูงซึ่งอาจทำให้การเจริญเติบโตลดลงได้[ 100 ]ซึ่งอาจเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในภูมิภาคที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงหรือมีปริมาณเกลือในแหล่งน้ำสูง ซึ่งอาจช่วยหลีกเลี่ยงระบบกรองแบบรีเวิร์สออสโมซิสที่มีราคาแพง ในขณะที่ยังคงรักษาผลผลิตพืชผลไว้ได้สูง
เครื่องมือ
อุปกรณ์ทั่วไป
การควบคุมความเข้มข้นของสารอาหาร ความอิ่มตัวของออกซิเจน และค่า pH ให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้นั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความสำเร็จของการปลูกพืช แบบไฮโดรโปนิก ส์ เครื่องมือทั่วไปที่ใช้ในการจัดการสารละลายไฮโดรโปนิกส์ ได้แก่:
- เครื่องวัดค่าการนำไฟฟ้าเป็นเครื่องมือที่ใช้ประเมินปริมาณสารอาหารในหน่วย ppm โดยการวัดว่าสารละลายนั้นสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้ ดีเพียงใด
- เครื่องวัดค่า pHคือเครื่องมือที่ใช้กระแสไฟฟ้าในการหาความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย
- อิเล็กโทรดออกซิเจนเซนเซอร์ทางเคมีไฟฟ้าสำหรับตรวจวัดความเข้มข้นของออกซิเจนในสารละลาย
- กระดาษลิตมัสคือ แถบ วัดค่า pH แบบใช้แล้วทิ้ง ซึ่ง ใช้ ตรวจวัดความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนโดย ปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยนสี
- กระบอกตวงหรือช้อนตวงสำหรับตวงสารละลายไฮโดรโปนิกส์สำเร็จรูปที่จำหน่ายในท้องตลาด
อุปกรณ์
อุปกรณ์ทางเคมียังสามารถใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมี ที่แม่นยำ ของสารละลายธาตุอาหารได้ ตัวอย่างเช่น: [ 82 ]
- เครื่องชั่งสำหรับวัดวัสดุอย่างแม่นยำ
- อุปกรณ์แก้วในห้องปฏิบัติการเช่นบิวเรตต์และปิเปตต์สำหรับใช้ในการไทเทรต
- เครื่องวัดสีสำหรับการทดสอบสารละลายที่ใช้กฎของเบียร์-แลมเบิร์ต
- เครื่องสเปกโทรโฟโตมิเตอร์ใช้สำหรับวัดความเข้มข้นของพารามิเตอร์สำคัญ ได้แก่ ไนเตรต และสารอาหารอื่นๆ เช่น ฟอสเฟต ซัลเฟต หรือเหล็ก
- ภาชนะสำหรับปลูกและเก็บรักษาต้นไม้
การใช้อุปกรณ์เคมีสำหรับสารละลายไฮโดรโปนิกส์สามารถเป็นประโยชน์ต่อผู้ปลูกพืชทุกระดับ เนื่องจากสารละลายธาตุอาหารมักสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้[ 101 ]เนื่องจากสารละลายธาตุอาหารแทบจะไม่หมดไปโดยสิ้นเชิง และไม่ควรหมดไปเนื่องจากแรงดันออสโมติก ที่ต่ำเกินไป การเติมธาตุอาหารใหม่ลงในสารละลายเก่าสามารถช่วยประหยัดเงินให้ผู้ปลูกพืชและควบคุมมลพิษจากแหล่งกำเนิดซึ่งเป็นสาเหตุทั่วไปของการเกิดภาวะยูโทรฟิเคชันในทะเลสาบและลำธารใกล้เคียง[ 101 ]
ซอฟต์แวร์
แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วนักปลูกพืชไฮโดรโปนิกส์มือสมัครเล่นและผู้ปลูกเชิงพาณิชย์รายย่อยจะซื้อสารละลายธาตุอาหารเข้มข้นที่ผสมไว้ล่วงหน้าจากผู้ผลิตธาตุอาหารเชิงพาณิชย์ แต่ก็มีเครื่องมือหลายอย่างที่ช่วยให้ทุกคนสามารถเตรียมสารละลายของตนเองได้โดยไม่ต้องมีความรู้ทางเคมีมากนัก เครื่องมือโอเพนซอร์สฟรี HydroBuddy [ 102 ]และ HydroCal [ 103 ]ถูกสร้างขึ้นโดยนักเคมีมืออาชีพเพื่อช่วยให้ผู้ปลูกพืชไฮโดรโปนิกส์ทุกคนสามารถเตรียมสารละลายธาตุอาหารของตนเองได้ โปรแกรมแรกมีให้ใช้งานสำหรับ Windows, Mac และ Linux ในขณะที่โปรแกรมที่สองสามารถใช้งานได้ผ่านอินเทอร์เฟซ JavaScript ที่ใช้งานง่าย ทั้งสองโปรแกรมอนุญาตให้เตรียมสารละลายธาตุอาหารขั้นพื้นฐานได้ แม้ว่า HydroBuddy จะมีฟังก์ชันเพิ่มเติมในการใช้และบันทึกสารที่กำหนดเอง บันทึกสูตร และทำนายค่าการนำไฟฟ้า
การผสมสารละลาย
การผสมสารละลายไฮโดรโปนิกส์โดยใช้เกลือแต่ละชนิดมักไม่สะดวกสำหรับผู้ปลูกเพื่อเป็นงานอดิเรกหรือผู้ปลูกเชิงพาณิชย์ขนาดเล็ก เนื่องจากมีผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์จำหน่ายในราคาที่เหมาะสม อย่างไรก็ตาม แม้จะซื้อผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ ปุ๋ยที่มีส่วนประกอบหลายชนิดก็ยังเป็นที่นิยม โดยมักจะซื้อผลิตภัณฑ์เหล่านี้ในรูปแบบสูตรสามส่วนที่เน้นบทบาททางโภชนาการบางอย่าง ตัวอย่างเช่น สารละลายสำหรับการเจริญเติบโตทางพืช (เช่น มีไนโตรเจนสูง) การออกดอก (เช่น มีโพแทสเซียมและฟอสฟอรัสสูง) และสารละลายธาตุอาหารรอง (เช่น มีแร่ธาตุรอง) เป็นที่นิยม การกำหนดเวลาและการใช้ปุ๋ยที่มีส่วนประกอบหลายชนิดเหล่านี้ควรสอดคล้องกับระยะการเจริญเติบโตของพืช ตัวอย่างเช่น ในช่วงปลายวงจรชีวิตของพืชล้มลุกควรจำกัดการใช้ปุ๋ยที่มีไนโตรเจนสูง ในพืชส่วนใหญ่ การจำกัดไนโตรเจนจะยับยั้งการเจริญเติบโตทางพืชและช่วยกระตุ้นการออกดอก[ 66 ]
การปรับปรุงเพิ่มเติม
ห้องเพาะปลูก
ด้วยปัญหาศัตรูพืชที่ลดลงและสารอาหารที่ส่งไปยังรากอย่างต่อเนื่อง ผลผลิตในระบบไฮโดรโปนิกส์จึงสูง อย่างไรก็ตาม ผู้ปลูกสามารถเพิ่มผลผลิตได้อีกโดยการปรับสภาพแวดล้อมของพืชด้วยการสร้างห้องปลูกที่ ทันสมัย [ 104 ]
การเพิ่มความเข้มข้น CO2
เพื่อเพิ่มผลผลิตให้มากขึ้น โรงเรือนปิดบางแห่งจึงฉีดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 เข้าไปในสภาพแวดล้อมเพื่อช่วยปรับปรุงการเจริญเติบโตและความอุดมสมบูรณ์ของพืช
พืชผลที่ปลูก
พืชไฮโดรโปนิกส์จะถูกเลือกตามความต้องการของตลาดสำหรับพืชชนิดนั้นๆ ความเหมาะสมของสภาพแวดล้อม วงจรการเจริญเติบโต โครงสร้างราก และลักษณะการเจริญเติบโตของพืชที่ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการเพาะปลูกโดยไม่ใช้ดิน[ 66 ]ผักใบเขียวเช่น ผักกาดหอม ผักโขม และคะน้า ถูกปลูกเนื่องจากมีวงจรการเจริญเติบโตสั้นเพียง 30-50 วัน มีมูลค่าทางการตลาดสูง และต้องการพื้นที่น้อย[ 67 ]
พืชผัก เช่น มะเขือเทศ พริก และแตงกวา ก็มีการปลูกกันอย่างแพร่หลายในระบบไฮโดรโปนิกส์ พืชเหล่านี้ประสบความสำเร็จเนื่องจากระบบไฮโดรโปนิกส์สามารถควบคุมอุณหภูมิ ความชื้น และความต้องการแสงของพืชแต่ละชนิดได้อย่างแม่นยำ การควบคุมนี้ช่วยเพิ่มผลผลิตของพืชและรักษาคุณภาพและคุณค่าทางโภชนาการของพืชที่ปลูก[ 66 ]
สมุนไพรสำหรับปรุงอาหารเช่น โหระพา สะระแหน่ ผักชี โรสแมรี่ และผักชีฝรั่ง เป็นที่นิยมปลูกโดยใช้ระบบไฮโดรโปนิกส์ เนื่องจากความต้องการของผู้บริโภคและผลกำไร สมุนไพรส่วนใหญ่ยังเติบโตเร็ว โดยมีวงจรการเจริญเติบโต 25–40 วันต่อการเก็บเกี่ยวสำหรับสมุนไพรเช่น โหระพา สะระแหน่ และผักชี[ 68 ]สมุนไพรที่เติบโตช้ากว่า เช่น โรสแมรี่ สามารถเก็บเกี่ยวได้หลายครั้งจากต้นเดียวกัน ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการใช้ต้นกล้าใหม่และขยายช่วงเวลาการผลิตสำหรับแต่ละต้น[ 68 ]
ระบบไฮโดรโปนิกส์ในเมือง
การปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ในเมือง หมายถึงการใช้ระบบการเพาะปลูกแบบไม่ใช้ดินในสภาพแวดล้อมในเมือง เช่น อพาร์ตเมนต์ ดาดฟ้า และพื้นที่ในร่มอื่นๆ ระบบเหล่านี้ได้รับการสำรวจเพื่อตอบสนองต่อความท้าทายที่เกี่ยวข้องกับการเข้าถึงอาหารในเมือง ตามข้อมูลของกระทรวงเกษตรของสหรัฐอเมริกามีผู้คนมากกว่า 19 ล้านคนในสหรัฐอเมริกาที่อาศัยอยู่ในย่านที่มีรายได้ต่ำและมีการเข้าถึงซูเปอร์มาร์เก็ตหรือร้านขายของชำขนาดใหญ่อย่างจำกัด ซึ่งมักถูกเรียกว่าทะเลทรายอาหาร [ 105 ] ในบริบทเหล่านี้ ระบบไฮโดรโปนิกส์สามารถใช้เป็นวิธีการปลูกผัก เช่น ผักกาดหอม ผักโขม และสมุนไพรในร่มได้
ระบบไฮโดรโปนิกส์ในเมืองโดยทั่วไปได้รับการออกแบบให้ทำงานภายในพื้นที่ขนาดเล็ก หน่วยที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ ได้แก่ หอคอยแนวตั้ง ชุดเคาน์เตอร์ และโครงสร้างที่ติดตั้งบนหน้าต่าง ซึ่งหลายระบบอาศัยแสงประดิษฐ์และการหมุนเวียนน้ำเพื่อส่งสารอาหารไปยังรากพืชโดยตรง[ 68 ]การกำหนดค่าเหล่านี้มีจุดประสงค์เพื่อรองรับการเจริญเติบโตของพืชในสภาพแวดล้อมที่มีแสงแดดธรรมชาติจำกัดและไม่มีดินให้เข้าถึง
ระบบไฮโดรโปนิกส์บางระบบวางจำหน่ายสำหรับผู้บริโภครายบุคคลและครัวเรือน ในขณะที่ระบบขนาดใหญ่อาจต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมาก แต่ก็มีรุ่นขนาดเล็กให้เลือกใช้สำหรับการใช้งานส่วนบุคคล รายงานระบุว่าระบบดังกล่าวสามารถผลิตพืชผลได้หลากหลายชนิดตลอดทั้งปี แม้ว่าผลผลิตและประสิทธิภาพด้านต้นทุนจะแตกต่างกันไปตามการตั้งค่าและประสบการณ์ของผู้ใช้[ 106 ]
ระบบไฮโดรโปนิกส์ยังได้รับการศึกษาถึงประสิทธิภาพในการใช้ทรัพยากรอีกด้วย ในสภาพแวดล้อมในเมืองการปลูกพืชในท้องถิ่นโดยใช้ระบบไฮโดรโปนิกส์อาจช่วยลดความจำเป็นในการขนส่งผลผลิตทางการเกษตรจากระยะไกลได้ แม้ว่าผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมโดยรวมจะขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงการใช้พลังงานสำหรับแสงสว่างและการควบคุมสภาพอากาศก็ตาม
เนื่องจากการขยายตัวของเมือง ทั่วโลก ยังคงดำเนินต่อไป การปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์จึงถูกรวมเข้าไว้ในระบบอาหารในเมืองและการอภิปรายเกี่ยวกับการเกษตรในท้องถิ่น องค์การสหประชาชาติคาดการณ์ว่าภายในปี 2050 ประชากรโลกเกือบ 70 เปอร์เซ็นต์จะอาศัยอยู่ในเขตเมือง ซึ่งเป็นแนวโน้มทางประชากรศาสตร์ที่ส่งเสริมความสนใจในวิธีการผลิตอาหารทางเลือก เช่น การปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์[ 107 ]
ดูเพิ่มเติม
แหล่งที่มา
- ดักลาส, เจมส์ โชลโต (1975). ไฮโดรโปนิกส์: ระบบเบงกอล: พร้อมหมายเหตุเกี่ยวกับวิธีการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินอื่นๆสำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดISBN 978-0-19-560530-3.
- Douglas, James Sholto (1985). คู่มือขั้นสูงเกี่ยวกับการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ . Pelham. ISBN 978-0-7207-1571-2. OCLC 1341823405 .
- Jones Jr., J. Benton (2016). ไฮโดรโปนิกส์ . doi : 10.1201/9780849331671 . ISBN 978-1-4200-3770-8.
ลิงก์ภายนอก
คำจำกัดความของระบบปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ในวิกิพีเดีย
การเพาะปลูกพืชในน้ำที่วิกิบุ๊ก
สื่อที่เกี่ยวข้องกับระบบไฮโดรโปนิกส์ในวิกิมีเดียคอมมอนส์