ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของผักไฮโดรโปนิกส์

1. ปัจจัยทางด้านพันธุกรรม

ยีน (gene) เป็นตัวกำหนดลักษณะการเจริญเติบโตของพืช ไม่ว่าจะเป็นส่วนของราก ล้าต้น กิ่ง ก้าน ใบ ตลอดจนดอกและผล การสะสมมวลชีวภาพได้มากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับพันธุกรรมของพืชเอง พันธุ์พืชที่จะใช้กับการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์โดยเฉพาะยังไม่มีหรือมีน้อยมาก

2. ปัจจัยทางด้านสิ่งแวดล้อม

2.1 แสง

ตามธรรมชาติพืชจะใช้แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงาน เพื่อทำให้เกิดกระบวนการสังเคราะห์แสงที่ใบ หรือส่วนที่มีสีเขียว โดยมีคลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นรงควัตถุสีเขียวชนิดหนึ่งที่มีหน้าที่เป็นตัวรับแสงเพื่อเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำเป็นกลูโคสและก๊าซออกซิเจน พืชที่ปลูกในบ้านหรือเรือนทดลอง อาจใช้แสงสว่างจากไฟฟ้าทดแทนแสงอาทิตย์ได้แต่ก็เป็นการสิ้นเปลืองและไม่สมบูรณ์ เมื่อเปรียบเทียบกับแสงธรรมชาติ

2.2 อากาศ

พืชจำเป็นต้องใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่มีอยู่ประมาณ 0.033 เปอร์เซ็นต์ ในบรรยากาศในการผลิตกลูโคส (C6H12O6) ซึ่งเป็นสารอินทรีย์เริ่มต้น เหตุการณ์ที่พืชจะขาดคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นไปได้ยาก เนื่องจากมีแหล่งคาร์บอนไดออกไซด์อย่างเหลือเฟือ เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิงจากโรงงานและรถยนต์ ตลอดจนการผลิตไฟฟ้า เป็นต้น ส่วนก๊าซออกซิเจน (O2) พืชต้องการเพื่อใช้ในกระบวนการหายใจ

2.3 น้ำ

คุณภาพน้ำเป็นเรื่องสำคัญมากเรื่องหนึ่ง การปลูกพืชเพียงเล็กน้อยเพื่อการทดลองจะไม่มีปัญหาแต่การปลูกเป็นการค้า จะต้องพิจารณาเรื่องของน้ำก่อนอื่น หากใช้น้ำคุณภาพไม่ดีทั้งองค์ประกอบทางเคมีและความสะอาด จะก่อให้เกิดความล้มเหลว น้ำเป็นตัวประกอบที่สำคัญ

วัสดุปลูกผักแบบไฮโดรโปนิกส์

2.4 วัสดุปลูก

วัสดุปลูก หมายถึง วัตถุ (material) ต่างๆ ที่เลือกสรรมา เพื่อใช้ปลูกพืชและทำให้ต้นพืชเจริญเติบโตได้เป็นปกติ วัสดุดังกล่าวอาจเป็นชนิดเดียวกันหรือหลายชนิดผสมกัน ชนิดของวัสดุปลูกอาจเป็นอินทรีย์วัตถุก็ได้ โดยทั่วไปวัสดุปลูกจะมีบทบาทต่อการเจริญเติบโตและการให้ผลผลิตพืช 4 ประการ ได้แก่

ก. ค้ำจุนส่วนของพืชที่อยู่เหนือวัสดุปลูกให้ตั้งตรงอยู่ได้

ข. เก็บสำรองธาตุอาหารพืช

ค. กักเก็บน้ำเพื่อเป็นประโยชน์ต่อพืช

ง. แลกเปลี่ยนอากาศระหว่างรากพืชกับบรรยากาศเหนือวัสดุปลูก

การปลูกพืชไร้ดินด้วยเทคนิควัสดุปลูก (Substrate Culture) วัสดุปลูกพืชนับว่ามีความสำคัญยิ่ง วัสดุปลูกอาจจะเป็นวัสดุอนินทรีย์ (Inorganic media) เช่น ทราย กรวด หินภูเขาไฟ เปอร์ไลท์ (Perlite) เวอร์มิคิวไลท์ (Vermiculite) และร็อกวูล (Rockwool) เป็นต้น หรือวัสดุอินทรีย์ (Organic media) เช่น ขี้เลื่อย ขุยมะพร้าว เปลือกไม้และแกลบ เป็นต้น วัสดุปลูกควรมีอนุภาคสม่ำเสมอ ราคาถูก ปราศจากพิษ และศัตรูพืช และเป็นวัสดุที่หาง่ายในท้องถิ่นนั้น ในญี่ปุ่นส่วนใหญ่จะใช้แกลบเป็นวัสดุปลูก แต่แกลบจะมีรูพรุนมากจึง ไม่ดูดซับน้ำ ควรเก็บไว้ระยะหนึ่ง หรือผสมกับวัสดุอื่นที่กักเก็บน้ำได้ เช่น ขุยมะพร้าว ความสามารถในการอุ้มน้ำของวัสดุปลูก เป็นคุณสมบัติอย่างหนึ่งที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช เพราะเกี่ยวข้องกับสัดส่วนของอากาศและน้ำ ในช่องว่างที่เหมาะสม วัสดุปลูกที่เป็นของแข็ง สามารถจำแนกตามที่มาและแหล่งกำเนิดของวัสดุได้ดังต่อไปนี้

1. วัสดุปลูกที่เป็นอนินทรีย์สาร เช่น

- วัสดุที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น ทราย ก้อนกรวด หินภูเขาไฟ หินซีลท์ ฯลฯ

- วัสดุที่ผ่านขบวนการโดยใช้ความร้อน ทำให้วัสดุเหล่านี้ มีคุณสมบัติเปลี่ยนไปจากเดิม เช่น

ดินเผา เม็ดดินเผา ที่ได้จากการเผาเม็ดดินเหนียวที่อุณหภูมิสูง 1,100 องศาเซลเซียส ใยหิน ที่ได้จากการหลอมหินภูเขาไฟที่ท้าให้เป็นเส้นใยแล้วผสมด้วยสารเลซิน เปอร์ไลท์ ที่ได้จากทรายที่มีต้นกำเนิดจากภูเขาที่อุณหภูมิสูง 1,200 องศาเซลเซียส เวอร์มิคูไลท์ (vermiculite) ที่ได้จากการเผาแร่ไมก้าที่อุณหภูมิสูง 800 องศาเซลเซียส เป็นต้น

- วัสดุเหลือใช้จากโรงงานอุตสาหกรรม เช่น เศษจากการทำอิฐมอญ เศษดินเผาจากโรงงานเครื่องปั้นดินเผา

2. วัสดุปลูกที่เป็นอินทรีย์สาร เช่น วัสดุที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น ฟางข้าว ขุยและเส้นใยมะพร้าว แกลบและขี้เถ้า เปลือกถั่ว พีท หรือวัสดุเหลือใช้จากโรงงานอุตสาหกรรม เช่น ชานอ้อย กากตะกอนจากโรงงานน้ำตาล วัสดุเหลือใช้จากโรงงานกระดาษ

3. วัสดุสังเคราะห์ เช่น เม็ดโฟม แผ่นฟองน้ำ และเส้นใยพลาสติกลักษณะของวัสดุปลูกที่ดี ภาพรวมในการเลือกใช้วัสดุปลูกให้คำนึงถึง คือ ต้องสะอาด และทำความสะอาดง่าย มีความแข็งแรง มีคุณสมบัติทางกายภาพที่ดี เช่น ไม่ทรุดตัวง่าย ถ่ายเทน้ำและอากาศได้ดีมีคุณสมบัติที่เหมาะสมทางเคมี เช่น ระดับของความเป็นกรดด่าง ไม่มีสารทำลายรากพืช เป็นวัสดุที่สามารถเพาะเมล็ดได้ทุกขนาดและทุกประเภท ควรเป็นวัสดุที่มีราคาถูกที่สามารถหาได้ในท้องถิ่น และไม่ก่อให้เกิดปัญหาต่อสิ่งแวดล้อม

2.5 สารละลายธาตุอาหารพืช

ธาตุอาหารที่พืชต้องการในการเจริญเติบโตและให้ผลผลิต มีทั้งหมด 16 ธาตุ ซึ่ง 3 ธาตุ คือ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน ได้จากน้ำและอากาศ และอีก 13 ธาตุ ได้จากการดูดกินผ่านทางราก ทั้ง 13 ธาตุแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม ตามปริมาณที่พืชต้องการ คือ ธาตุอาหารที่พืชต้องการเป็นปริมาณมากและธาตุอาหารที่พืชต้องการเป็นปริมาณน้อย

ธาตุอาหารที่พืชต้องการเป็นปริมาณมาก (macronutrient elements)

ไนโตรเจน (N) พืชสามารถดูดกินไนโตรเจนได้ทั้งในรูปของแอมโมเนียมไอออน และไนเตรทไอออนซึ่งไนโตรเจนส่วนใหญ่ในสารละลายธาตุอาหารพืชจะอยู่ในรูปไนเตรทไอออนเพราะถ้ามีแอมโมเนียมไอออนมากจะเป็นอันตรายต่อพืชได้ สารเคมีที่ให้ไนเตรทไอออน คือ แคลเซียมไอออน และโปแตสเซียมไนเตรท นอกจากนี้ ยังอาจได้จากกรดดินประสิว ที่ใช้ในการปรับความเป็นกรดด่างของสารละลายธาตุอาหารพืช

ฟอสฟอรัส (P) ในการปลูกพืชไร้ดิน พืชต้องการธาตุฟอสฟอรัสไม่มากเท่ากับไนโตรเจน และโปแตสเซียม ประกอบกับไม่มีปัญหาในเรื่องความไม่เป็นประโยชน์ของฟอสฟอรัสเหมือนในดิน พืชจึงได้รับฟอสฟอรัสอย่างเพียงพอ รูปของฟอสฟอรัสที่พืชสามารถดูดกินได้คือ mono-hydrogenphosphate ion ส่วนจะอยู่ในรูปใดมากกว่ากันขึ้นอยู่กับความเป็นกรดด่างของสารละลายในขณะนั้น

โปแตสเซียม (K) รูปของโปแตสเซียมที่พืชดูดกินได้ คือ potassium ion โปแตสเซียมที่มีมากเกินพอ จะไปรบกวนการดูดกินแคลเซียมและแมกนีเซียม สารเคมีที่ให้โปแตสเซียม คือ potassuimnitrate และ potassium phosphate

แคลเซียม (Ca) รูปของแคลเซียมที่พืชดูดกินได้คือ calcium ion แหล่งที่ดีที่สุด คือ calcium nitrate เนื่องจากละลายง่าย ราคาไม่แพงและยังให้ธาตุไนโตรเจนด้วย แคลเซียมที่มีมากในสารละลายธาตุอาหารพืช จะไปรบกวนการดูดกินโปแตสเซียมและแมกนีเซียม ในน้ำตามธรรมชาติจะมีแคลเซียมอยู่ปริมาณหนึ่ง การเตรียมสารละลายธาตุอาหารพืชจึงควรคิดแคลเซียมในน้ำด้วยจะได้ไม่เกิดปัญหาในการมีแคลเซียมมากเกินไป

แมกนีเซียม (Mg) รูปของแมกนีเซียมที่พืชดูดกินได้คือ magnesium ion สารเคมีที่ให้แมกนีเซียมคือ magnesium sulfate ในน้ำธรรมชาติจะมีแมกนีเซียมอยู่ด้วย ฉะนั้นในการเตรียมสารละลายธาตุอาหารพืชจึงควรคำนึงถึงด้วย แมกนีเซียมที่มีมากเกินพอในสารละลายจะไปรบกวนการดูดกินธาตุโปแตสเซียมและแคลเซียม

กำมะถัน (S) รูปของกำมะถันที่พืชสามารถดูดกินได้ คือ sulfate ion พบว่าไม่ค่อยมี ปัญหาการขาดกำมะถันในระบบการปลูกพืชไร้ดิน เพราะพืชต้องการกำมะถันในปริมาณน้อย และจะได้รับจากสารเคมีพวกเกลือซัลเฟตของ K, Mg, Fe, Cu, Mn และ Zn เป็นต้น

ธาตุอาหารที่พืชต้องการเป็นปริมาณน้อยหรือจุลธาตุ (micronutrient elements)

โบรอน (B) การแสดงอาการขาดธาตุโบรอนของพืชพบเห็นได้ยากเนื่องจากพืชต้องการในปริมาณน้อย ซึ่งในน้ำธรรมชาติก็มีโบรอนอยู่ด้วย สารเคมีที่ให้ borate ion ซึ่งพืชสามารถดูดกินได้ คือ boric acid

สังกะสี (Zn) รูปที่พืชสามารถดูดกินได้คือ zinc ion

ทองแดง (Cu) สารเคมีที่ให้ Copper ion คือ copper sulfate

เหล็ก (Fe) สารเคมีที่ให้ธาตุเหล็กที่มีราคาถูกที่สุดคือ ferrous sulfate ซึ่งละลายน้ำได้ง่าย แต่ก็จะตกเป็นตะกอนได้เร็ว จึงต้องควบคุมสภาพความเป็นกรดด่างของสารละลาย เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ โดยการใช้เหล็กในรูปคีเลต ซึ่งเป็นสารเกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างเหล็กและสารคีเลต ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ เหล็กคีเลต เป็นสารประกอบเชิงซ้อน สามารถคงตัวอยู่ในรูปสารละลายธาตุอาหารพืชและพืชดูดกินได้

แมงกานีส (Mn) มีลักษณะเหมือนกับเหล็กคือ ความเป็นประโยชน์ของแมงกานีส จะถูก ควบคุมโดยความเป็นกรดด่าง ถ้าสารละลายธาตุอาหารพืชมีลักษณะด่าง ความเป็นประโยชน์ของแมงกานีสจะลดลง manganese ion ซึ่งเป็นรูปที่พืชสามารถดูดกินได้ จะได้จากสารเคมี manganese sulfate หรือ manganese chloride

โมลิบดินัม (Mo) รูปที่พืชสามารถดูดกินได้คือ molybdate ion

คลอรีน (Cl) ในน้ำจะมีคลอรีนในรูปของคลอไรด์ ซึ่งเป็นรูปที่พืชจะนำไปใช้ประโยชน์เจือปนอยู่ด้วย จากการเตรียมสารละลายธาตุอาหารพืชจะได้คลอไรด์จากสารเคมี potassium chloride รวมทั้งจากจุลธาตุบางธาตุที่อยู่ในรูปของสารประกอบคลอไรด์

การควบคุมความเป็นกรดด่าง (pH) และค่าการนำไฟฟ้า (EC) ของสารละลายธาตุอาหารพืช

การรักษาหรือควบคุมความเป็นกรดด่าง และค่าการนำไฟฟ้าในสารละลายอาหารนี้ เพื่อให้พืชสามารถดูดใช้ปุ๋ยหรือสารอาหารพืชได้ดี และเพื่อให้ปริมาณสารอาหารแก่พืชตามที่ต้องการ

1. การรักษาหรือควบคุม pH

เนื่องจากค่าความเป็นกรดด่างในสารละลายจะเป็นค่าที่บอกให้ทราบถึงความสามารถของรากที่จะ ดูดธาตุอาหารต่างๆ ที่อยู่ในสารละลายธาตุอาหารพืชได้ ปกติแล้วควรรักษาค่าความเป็นกรดด่างที่ 5.8-7.0 เพราะเป็นค่าหรือช่วงที่ธาตุอาหารพืชต่างๆ สามารถคงรูปในสารละลายที่พืชนำไปใช้ได้ดี

2. การควบคุมค่าการนำไฟฟ้า (Electrical Conductivity)

เนื่องจากปุ๋ยที่ละลายในน้าที่ค่าของอิออน (ion) ที่สามารถให้กระแสไฟฟ้าที่มีหน่วยเป็นโมท์ (Mho) แต่ค่าของการนำกระแสไฟฟ้านี้ ค่อนข้างน้อยมาก จึงมีการวัดเป็นค่าที่มีหน่วยเป็นมิลลิโมท์/เซนติเมตร (milliMhos/cm) อันเป็นค่าที่ได้จากการวัดการนำกระแสไฟฟ้าจากพื้นที่หนึ่งคิวบิกเซนติเมตรของสารอาหาร การวัดค่าการนำไฟฟ้าจะทำให้เราทราบเพียงค่ารวมของการนำไฟฟ้าของสารละลายธาตุอาหารพืช (คือน้ำกับปุ๋ยที่เป็นธาตุอาหารพืชทั้งหมดในถังที่ใส่สารอาหารทั้งหมด) เท่านั้น แต่ไม่ทราบค่าของสัดส่วนของธาตุอาหารใดธาตุอาหารหนึ่งที่อยู่ในถัง ที่อาจเปลี่ยนไปตามเวลาเนื่องจากพืชน้าไปใช้หรือตกตะกอน

ดังนั้นหลังจากมีการปรับค่าการนำไฟฟ้าไปได้ระยะหนึ่งแล้วจึงควรเปลี่ยนสารละลายในถังใหม่ เป็นระยะๆ โดยเฉพาะประเทศที่มีอากาศร้อนอย่างประเทศไทย ควรเปลี่ยนสารละลายใหม่เป็นระยะๆ เช่น ทุก 3 สัปดาห์ ซึ่งการเปลี่ยนสารละลายธาตุอาหารพืชแต่ละครั้งก็หมายถึงการเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น ปกติแล้วควรรักษาค่าการนำไฟฟ้าของสารอาหารระหว่าง 2.0-4.0 มิลลิโมท์/เซนติเมตร (milliMhos/cm) การเปลี่ยนแปลงค่าการนำไฟฟ้าของสารละลาย แม้ว่าปกติแล้วควรรักษาค่าการนำไฟฟ้าของสารอาหารระหว่าง 2.0-4.0 มิลลิโมท์/เซนติเมตร