| รหัสโครงการ : | R000000385 |
| ชื่อโครงการ (ภาษาไทย) : | วิจัยและพัฒนาตู้เพาะเลี้ยงพืช แบบควบคุมสภาพแวดล้อมได้ |
| ชื่อโครงการ (ภาษาอังกฤษ) : | A Research and Development of Environmental-Controlled Plant Growth Chamber |
| คำสำคัญของโครงการ(Keyword) : | ตู้เพาะเลี้ยงพืช ควบคุมการนำไฟฟ้าสารละลายอาหาร ความเป็นกรดด่าง สารละลายอาหาร ควบคุมแสงสว่าง |
| หน่วยงานเจ้าของโครงการ : | คณะเทคโนโลยีการเกษตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | โครงการวิจัยเดี่ยว |
| ลักษณะย่อยโครงการวิจัย : | ไม่อยู่ภายใต้แผนงานวิจัย/ชุดโครงการวิจัย |
| ประเภทโครงการ : | โครงการวิจัยใหม่ |
| สถานะของโครงการ : | propersal |
| งบประมาณที่เสนอขอ : | 499500 |
| งบประมาณทั้งโครงการ : | 499,500.00 บาท |
| วันเริ่มต้นโครงการ : | 01 ตุลาคม 2554 |
| วันสิ้นสุดโครงการ : | 30 กันยายน 2555 |
| ประเภทของโครงการ : | งานวิจัยประยุกต์ |
| กลุ่มสาขาวิชาการ : | เกษตรศาสตร์ |
| สาขาวิชาการ : | สาขาเกษตรศาสตร์และชีววิทยา |
| กลุ่มวิชาการ : | อื่นๆ |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | ไม่ระบุ |
| สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ : | สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ |
| สร้างความร่วมมือประหว่างประเทศ GMS : | ไม่สร้างความร่วมมือทางการวิจัยระหว่างประเทศ |
| นำไปใช้ในการพัฒนาคุณภาพการศึกษา : | นำไปใช้ประโยชน์ในการพัฒนาณภาพการศึกษา |
| เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต : | ไม่เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต |
| ความสำคัญและที่มาของปัญหา : | จากการผลักดันนโยบายครัวของโลก (Kitchen of the world) ตั้งแต่ปี 2541 เป็นต้นมานั้น ปี 2548 รัฐบาลได้กำหนดเป้าหมายสำคัญในการพัฒนาประเทศไทยประการหนึ่ง คือ การเป็นครัวของโลกเนื่องจากไทยเป็นแหล่งผลิตอาหารที่อุดมสมบูรณ์ อีกทั้งอาหารไทยยังมีชื่อเสียงระดับโลก และเป็นที่นิยมของต่างชาติ ในปี 2551 ประเทศไทยเป็นผู้ส่งออกอาหารอันดับที่ 13 ของโลก ส่งออกอาหารมูลค่า 23,864 ล้านเหรียญสหรัฐ หรือประมาณ 8 แสนล้านบาท (ร้อยละ 2.4 ของมูลค่าการส่งออกอาหารโลก) ภาคเกษตรเป็นแหล่งรายได้ที่สำคัญของประเทศ โดยในปี 2552 ประเทศมีรายได้จากภาคเกษตร 9% และภาคอุตสาหกรรมอาหาร 13% ของ GDP รวม (สถาบันอาหาร, 2553) พร้อมกับนี้ทั้งผลักดันเพื่อเพิ่มโอกาสในการแข่งขันทั้งภายในประเทศและเวทีโลก ภาคการผลิตจะต้องได้รับพัฒนาซึ่งควรมีลักษณะ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิต เพิ่มผลผลิต เพิ่มคุณภาพ เพิ่มความปลอดภัย ของผู้ผลิต ผู้บริโภคและความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม พร้อมกับรวมให้เกิดความเชื่อมั่นในคุณภาพ
การผลิตพืชในโรงเรือนเพื่อควบคุมปริมาณและคุณภาพของผลผลิต จึงเป็นหนทางหนึ่งที่จะผลักดันให้ประเทศไทยก้าวสู่เวทีโลกได้ แต่อย่างไรก็ตามเทคโนโลยีทางด้านนี้ยังต้องนำเข้าจากต่างประเทศ และมีราคาสูง นอกจากนี้ยังต้องปรับให้เหมาะสมทั้งทางด้านสภาพแวดล้อมและจุดคุ้มทุนของประเทศไทยด้วย จากการศึกษาของ ไกรเลิศ และคณะ (2547) โดยศึกษาสถานภาพของการใช้โรงเรือนสำหรับผลิตพืชสวนในสภาพควบคุมเพื่อการค้าในประเทศไทย จำนวน 86 แห่ง ในพื้นที่ 13 จังหวัด พบว่าแนวโน้มการผลิตพืชผักและกล้วยไม้ภายในโรงเรือนมีบทบาทมากขึ้น เริ่มมีการนำเข้าจากต่างประทศมากขึ้น ดังนั้นการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีโรงเรือนจึงเป็นสิ่งที่ควรเร่งดำเนินการ โดยมีประเด็นหนึ่งในหลายประเด็นที่น่านำไปประกอบการวิจัยและพัฒนา ได้แก่ สภาพแวดล้อมในโรงเรือนได้แก่ แสง อุณหภูมิ การถ่ายเทอากาศ รวมทั้งได้เสนอเชิงนโยบายสนับสนุนและส่งเสริมให้มีการเรียนการสอน ทางด้านการสร้างเทคโนโลยีระบบโรงเรือนผลิตพืชสวน และการบริหารโรงเรือนผลิตพืชสวนในระดับอุดมศึกษา ซึ่งอนาคตอันใกล้นี้ การผลิตพืชสวนในโรงเรือนจะมีบทบาทมากขึ้น ดังนั้นการผลิตบุคคลากรขึ้นมารองรับจึงนับว่ามีความสำคัญยิ่ง
ในต่างประเทศนั้นมีการศึกษาและวิจัยมากมายเกี่ยวกับตู้ควบคุมการเจริญเติบโตของพืช และได้สร้างตู้ออกมาจำหน่ายมากมายหลายบริษัทเช่นเดียวกัน แต่มีราคาสูงมากทำให้สถาบันการศึกษาทั้งในระดับมัธยมศึกษา และอุดมศึกษา มีตู้ควบคุมการเจริญเติบโตของพืชน้อยมาก ซึ่งไม่เพียงพอกับนักเรียน นักศึกษาที่จะใช้ในการเรียนรู้เกี่ยวกับเรื่อง การเจริญเติบโตของพืช ซึ่งในหลักสูตรการศึกษาปัจจุบันได้บรรจุหลักสูตรการศึกษาเกี่ยวกับการเจริญเติบโตของพืชไว้ กระทรวงศึกษาธิการ (2551) กล่าวว่า ระดับมัธยมศึกษาตอนปลาย เป็นระดับการศึกษาที่มุ่งเน้นการเพิ่มพูนความรู้และทักษะเฉพาะด้าน สนองตอบความสามารถ ความถนัด และความสนใจของผู้เรียนแต่ละคน ทั้งด้านวิชาการ และวิชาชีพ มีทักษะในการใช้วิทยาการและเทคโนโลยี ทักษะกระบวนการคิดขั้นสูง สามารถนำความรู้ไปประยุกต์ใช้ให้เกิดประโยชน์ในการศึกษาต่อ และการประกอบอาชีพ มุ่งพัฒนาตนและประเทศตามบทบาทของตน สามารถเป็นผู้นำ และผู้ให้บริการชุมชนในด้านต่าง ๆ
ด้วย มหาวิทยาลัยราชภัฏนครสวรรค์ได้ เปิดหลักสูตรและผลิตบัณฑิตสาขาเทคโนโลยีการผลิตพืช ได้เห็นความสำคัญนี้ ดังนั้นจึงศึกษาและหาแนวทางเพื่อสร้างตู้เพาะเลี้ยงพืช แบบควบคุมสภาพแวดล้อม (Growth Chamber) เป็นการจำลองเพื่อการศึกษาวิจัยด้านสภาพแวดล้อมกับการเจริญเติบโตของพืชในโรงเรือน ซึ่งประกอบด้วย 2 ส่วน คือ ส่วนที่ 1 เพาะเลี้ยงพืช โดยระบบการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดิน และส่วนที่ 2 ควบคุมสภาพแวดล้อม ได้แก่ แสง (ทั้งชนิด และปริมาณของแสง) ความชื้นในอากาศ ธาตุอาหารพืชในส่วนของความเข้มข้น และความเป็นกรดเป็นด่าง และอุณหภูมิของสารละลายธาตุอาหาร นวัตกรรมนี้จะสามารถแทนการนำเข้าจากต่างประเทศ และยังเป็นการพัฒนาเทคโนโลยีทางด้านนี้ของประเทศได้อีกด้วย
|
| จุดเด่นของโครงการ : | - |
| วัตถุประสงค์ของโครงการ : | 1. เพื่อออกแบบตู้เพาะเลี้ยงพืชที่เป็นต้นแบบของการพัฒนา
2. เพื่อทดสอบประสิทธิภาพของตู้เพาะเลี้ยงพืชต่อการเจริญเติบโตของผักสลัด
|
| ขอบเขตของโครงการ : | ขอบเขตด้านเนื้อหา
1. ศึกษาสภาพ และปัญหา ของโรงเรือนปลูกพืช และสิ่งแวดล้อมที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช แบ่งออกเป็น 2 ด้าน คือ ด้าน อิเล็กทรอนิคส์ และด้านการเจริญเติบโตของพืช
2. สร้างแนวทางการพัฒนาตู้เพาะเลี้ยงพืช แบบควบคุมสภาพแวดล้อม
เมื่อศึกษาสภาพ และปัญหาของโรงเรือนปลูกพืช และสิ่งแวดล้อมที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช ทั้ง 2 ด้าน คือ ด้าน อิเล็กทรอนิคส์ และด้านการเจริญเติบโตของพืช แล้วนำข้อมูลทั้งหมดมาสร้างตู้เพาะเลี้ยงพืช แบบควบคุมสภาพแวดล้อมได้
3. การทดสอบตู้เพาะเลี้ยงพืช แบบควบคุมสภาพแวดล้อม
ทำการทดสอบตู้เพาะเลี้ยงพืช แบบควบคุมสภาพแวดล้อมได้ โดยทำการทดสอบในด้านอิเล็กทรอนิคส์ (Electronics) การควบคุมสภาพแวดล้อมต่างๆ ภายในตู้ และทดสอบการเจริญเติบโตของพืช เมื่อได้รับสภาพแวดล้อมที่กำหนด ในขั้นตอนนี้หากไม่เป็นไปตามมาตรฐานก็จะต้องกลับไปศึกษาสภาพ และปัญหารในส่วนงานที่ 1 อีกครั้ง จนกว่าจะเป็นไปตามมาตรฐานการควบคุมสภาพแวดล้อม และการเจริญเติบโตของพืช
ขอบเขตระยะเวลา
ปีงบประมาณ พ.ศ. 2555 ตั้งแต่ ตุลาคม 2555-กันยายน 2556
ขอบเขตประชากร
ผักสลัดที่ใช้ทดสอบประสิทธิภาพของตู้เพาะเลี้ยงพืช และในสภาพแปลงปลูกปกติ จำนวน 90 ต้น
|
| ผลที่คาดว่าจะได้รับ : | 1. ได้ตู้ควบคุมการเจริญเติบของพืชต้นแบบ เพื่อใช้ในการศึกษา และการพัฒนาต่อไป
2. ได้รับการจดสิทธิบัตร นวัตกรรมสิ่งประดิษฐ์ใหม่
3. ได้รับการตีพิมพ์ผลการวิจัยในระดับชาติ
4. เพื่อใช้เป็นสื่อการสอนให้นักศึกษามีความรู้ ความเข้าใจ เกี่ยวกับการเจริญเติบโตของพืช เมื่อสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไป
|
| การทบทวนวรรณกรรม/สารสนเทศ : | แสงประดิษฐ์กับการเจริญเติบโตของพืช
แสงมีความเกี่ยวข้องกับกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช กล่าวคือพืชจะใช้คาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศกับน้ำเป็นตัวตั้งต้น เมื่อมีแสงเป็นตัวช่วยเร่งปฏิกิริยา คลอโรฟิลล์ในพืชจะทำหน้าที่เปลี่ยนสารตั้งต้นนี้เป็นพลังงานในรูปน้ำตาลและได้ออกซิเจนเป็นผลพลอยได้ แสงที่มาจากแหล่งกำเนิดต่างกันย่อมทำให้มีคุณภาพต่างกัน โดยมากแล้วพืชมักต้องการแสงสีน้ำเงินและแดงเป็นหลัก แต่สัดส่วนของแสงสีน้ำเงินต่อแดงที่เหมาะสมก็ขึ้นอยู่กับชนิดพืชเป็นหลัก คุณสมบัติสำคัญของแสงที่มีผลต่อการเจริญเติบโตและการสังเคราะห์แสงของพืช คือ ความเข้มแสง (Light Intensity) และช่วงความยาวคลื่นแสง (Light Spectrum) ค่าความเข้มของแสงที่มากจะส่งผลให้อัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในขณะที่ความยาวคลื่นแสงจะมีผลกับประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงของพืช
ในปัจจุบันได้มีการใช้แสงประดิษฐ์สำหรับการเพาะปลูกพืช การเกษตรและชีวภาพสมัยใหม่ มีการเพาะปลูกในเรือนปลูกพืช (Greenhouse) หรือในอาคาร แทนการปลูกในสภาพธรรมชาติแบบดั้งเดิม และยังมีการใช้เทคโนโลยีให้น้ำ ให้อากาศ ให้แสงแดด เพื่อเร่งการเจริญเติบโตและป้องกันศัตรูพืช เป็นการเพิ่มช่วงเวลากลางวันให้กับพืช (Effective Day Length) ให้ยาวนานขึ้น หลอดไฟสำหรับเพิ่มความเจริญเติบโตให้พืช (Plant Grow Lights) คือ หลอดไฟฟ้าที่ถูกออกแบบเพื่อเพิ่มความเจริญเติบโตของพืช โดยอาศัยการปล่อยสเปกตรัมของแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Spectrum) ที่เหมาะสมต่อการสังเคราะห์แสงของพืช สเปกตรัมของคลื่นแสงที่ปล่อยออกมานั้นจะมีคุณสมบัติคล้ายกับแสงจากดวงอาทิตย์ การใช้ค่าดัชนีเปรียบเทียบสี (Color Rendering Index) จะทำให้สามารถเปรียบเทียบสีของหลอดไฟกับสีของแสงจากธรรมชาติได้ ซึ่งความต้องการของสีแดงและน้ำเงินเป็นสีที่ต้นไม้ใช้ในการสังเคราะห์แสงมากที่สุด จากความสัมพันธ์ของความยาวคลื่นแสงกับประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงของพืช ดังแสดงในรูปที่ 1 จะทราบได้ว่าที่ความยาวคลื่นขนาด 470 นาโนเมตร จะเป็นช่วงแสงสีน้ำเงิน ส่วนความยาวคลื่นแสงในช่วง 650-675 นาโนเมตร จะเป็นช่วงของแสงสีแดง
รูปที่ 2 ความยาวคลื่นของแสงและประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงของพืช
ชนิดของหลอดไฟสำหรับเพิ่มความเจริญเติบโตให้พืช
ชนิดของหลอดไฟที่ใช้สำหรับเพิ่มความเจริญเติบโตให้พืชนั้น ประกอบด้วย หลอดไส้ (Incandescent) หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent Lamps) หลอดไฟชนิด H.I.D (High Intensity Discharge Lamps) หรือหลอดปล่อยประจุความเข้มสูง และหลอด LED หรือหลอดไดโอดเปล่งแสงเพื่อเพิ่มปริมาณแสงสำหรับกระบวนการสังเคราะห์แสงของพืช (Photosynthesis) สำหรับงานวิจัยนี้ได้ศึกษาการนำหลอดไดโอดเปล่งแสงดังแสดงในรูปที่ 2 มาใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงเทียมเพื่อให้แสงสว่างสำหรับการเติบโตของพืช หลอดไดโอดเปล่งแสงเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำอย่างหนึ่ง จัดอยู่ในจำพวกไดโอด ที่สามารถเปล่งแสงในช่วงสเปกตรัมแคบ โดยมีข้อดีที่ต่างจากหลอดไฟชนิดอื่น ดังนี้
1. มีราคาถูกกว่าหลอดไฟแบบอื่น
2. สิ้นเปลืองกระแสไฟฟ้าน้อย
3. สามารถเปิดได้ตลอด 24 ชั่วโมง
4. ลดมลพิษ เมื่อเปรียบเทียบกับหลอดไฟธรรมดา
5. สามารถกำหนดคลื่นสีย่านที่พืชต้องการ
6. ผลิตความร้อนน้อยมาก
รูปที่ 3 หลอดไฟเปล่งแสง
หลักการพื้นฐานของการออกแบบตู้ควบคุมการเติบโตของพืชด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์
ในการออกแบบตู้ควบคุมการเจริญเติบโตของพืช จำเป็นต้องศึกษาหลักการทำงานของอุปกรณ์และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะเซนเซอร์วัดค่าความชื้นชนิดต่างๆ ดังต่อไปนี้
1. เซนเซอร์วัดค่าความชื้น (Humidity Sensor)
เซนเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดปริมาณทางกายภาพแล้วเปลี่ยนไปเป็นสัญญาณที่สามารถอ่านหรือตรวจจับได้ด้วยเครื่องมือ สำหรับเซนเซอร์วัดค่าความชื้นที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบันมีอยู่ด้วยกัน 3 ชนิด คือ แบบคาปาซิตีฟ, แบบนำความร้อน และแบบความต้านทาน ซึ่งมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้ - เซนเซอร์วัดความชื้นแบบคาปาซิตีฟ (Capacitive Humidity Sensor)
เซนเซอร์ชนิดนี้มักนิยมใช้วัดค่าความชื้นสัมพัทธ์ (Relative Humidity) โดยมีลักษณะทางกายภาพดังแสดงในรูปที่ 3 มีการใช้งานกันอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม เชิงพาณิชย์ งานวิจัยหรือทดลองทางฟิสิกส์
รูปที่ 4 เซนเซอร์วัดความชื้นแบบคาปาซิตีฟ
เซนเซอร์วัดความชื้นแบบคาปาซิตีฟมีโครงสร้างที่ประกอบไปด้วยชั้นฐานแผ่นฟิล์มบางที่ทําจากโพลีเมอร์ หรือเมทัลออกไซด์ (Metal Oxide) ถูกวางอยู่ระหว่างอิเล็กโตรดทั้งสอง โดยพื้นผิวของฟิล์มบางดังกล่าวถูกเคลือบด้วยอิเล็กโตรดโลหะแบบมีรูพรุนเพื่อป้องกันฝุ่นละอองและปัญหาจากแสง เซนเซอร์แบบคาปาซิตีฟสามารถตรวจจับความชื้นสัมพัทธ์ในสภาพแวดล้อมได้เกือบจะเป็นเชิงเส้น หรือมีการตอบสนองได้อย่างเป็นสัดส่วนที่ดี โดยเมื่อค่าความชื้นสัมพัทธ์เปลี่ยนไป 1 เปอร์เซ็นต์ ค่าความจุไฟฟ้า (Capacitive) ก็จะเปลี่ยนไป 0.2 ถึง 0.5 พิโกฟารัด เซนเซอร์แบบคาปาซิตีฟถูกกําหนดให้มีคุณลักษณะเฉพาะคือ ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำ จึงทําให้ทํางานได้ดีแม้ในอุณหภูมิสูงถึง 200 องศาเซลเซียส การกลับสู่สภาวะเดิมจากสภาวะการควบแน่นและยังทนต่อไอระเหยของสารเคมีอีกด้วย
- เซนเซอร์ความชื้นแบบความต้านทาน (Resistive Humidity Sensor)
เซนเซอร์ความชื้นแบบความต้านทานใช้วัดการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ไฟฟ้าของตัวกลางดูดความชื้น (Hygroscopic Medium) อย่างเช่น โพลิเมอร์ เกลือหรือสารสังเคราะห์ทั้งนี้อิมพีแดนซ์ที่เปลี่ยนจะแปรผันกับค่าความความชื้นในลักษณะของกราฟเอกซ์โปเนนเชียลกลับด้าน
รูปที่ 5 เซนเซอร์วัดความชื้นแบบความต้านทาน
โครงสร้างของเซนเซอร์แบบความต้านทานมีลักษณะภายนอกดังแสดงในรูปที่ 4 ประกอบด้วยอิเล็กโตรดโลหะ 2 ส่วนวางอยู่บนฐานด้วยเทคนิคการวางแบบโฟโตรีซีส (Photoresis) การทํางานของเซนเซอร์ คือดูดซับไอน้ำและไอออนที่แตกตัวเป็นผลให้ค่าความนําไฟฟ้าของตัวกลางเพิ่มขึ้น
- เซนเซอร์วัดความชื้นด้วยการนำความร้อน (Thermal Conductivity Humidity Sensor)
เซนเซอร์ชนิดนี้มักนิยมใช้วัดค่าความชื้นสมบูรณ์ โดยอาศัยการคํานวณความแตกต่างระหว่างค่าการนําความร้อนของอากาศแห้ง (Thermal Conductivity) กับการนำความร้อนของอากาศที่มีไอน้ำอยู่ เซนเซอร์วัดความชื้นด้วยการนำความร้อน ประกอบด้วยเทอร์มิสเตอร์2 ตัว ต่ออยู่ในวงจรบริดจ์โดยเทอร์มิสเตอร์ตัวหนึ่งบรรจุอยู่ในแคปซูลที่มีก๊าซไนโตรเจน และเทอร์มิสเตอร์อีกตัวหนึ่งถูกวางอยู่ในบรรยากาศ ดังแสดงในรูปที่ 5
รูปที่ 6 เซนเซอร์วัดความชื้นด้วยการนำความร้อน
เซนเซอร์วัดความชื้นด้วยการนำความร้อนมีความทนทานสูงและทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงถึง 300 องศาเซลเซียส และยังทนต่อไอระเหยสารเคมีได้เป็นอย่างดีจากคุณสมบัติที่ดีของวัสดุโครงสร้างเครื่องที่ไม่มีปฏิกิริยาทางสารเคมี เช่นแก้ว สารกึ่งตัวนำ ที่ใช้สร้างเทอร์มิสเตอร์พลาสติกทนอุณหภูมิสูงหรืออะลูมิเนียม
ปัจจัยที่ควบคุมการเจริญเติบโตของพืชไม่ใช้ดิน
1. ปัจจัยทางด้านพันธุกรรม
ยีน (gene) เป็นตัวกำหนดลักษณะการเจริญเติบโตของพืช ไม่ว่าจะเป็นส่วนของราก ลำต้น กิ่ง ก้านใบ ตลอดจนดอกและผล การสะสมมวลชีวภาพได้มากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับพันธุกรรมของพืชเอง พันธุ์พืชที่จะใช้กับการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโพนิกส์โดยเฉพาะยังไม่มีหรือมีน้อยมาก
2. ปัจจัยทางด้านสิ่งแวดล้อม
2.1 แสง
ตามธรรมชาติพืชจะใช้แสงอาทิตย์เป็นแหล่งพลังงาน เพื่อทำให้เกิดกระบวนการสังเคราะห์แสง
ที่ใบหรือส่วนที่มีสีเขียว โดยมีคลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) ซึ่งเป็นรงควัตถุสีเขียวชนิดหนึ่งที่มีหน้าที่เป็น
ตัวรับแสงเพื่อเปลี่ยนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และน้ำ (H2O) เป็นกลูโคส (C6H12O6) และก๊าซ
ออกซิเจน (O2) พืชที่ปลูกในบ้านหรือเรือนทดลอง อาจใช้แสงสว่างจากไฟฟ้าทดแทนแสงอาทิตย์ได้แต่ก็เป็นการสิ้นเปลืองและไม่สมบูรณ์เมื่อเปรียบเทียบกับแสงธรรมชาติ
2.2 อากาศ
พืชจำเป็นต้องใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ที่มีอยู่ประมาณ 0.033 เปอร์เซ็นต์ ในบรรยากาศในการผลิตกลูโคส (C6H12O6) ซึ่งเป็นสารอินทรีย์เริ่มต้น เหตุการณ์ที่พืชจะขาดคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นไปได้ยาก เนื่องจากมีแหล่งคาร์บอนไดออกไซด์อย่างเหลือเฟือ
2.3 น้ำ
คุณภาพน้ำเป็นเรื่องสำคัญมากเรื่องหนึ่ง การปลูกพืชเพียงเล็กน้อยเพื่อการทดลองจะไม่มีปัญหา
แต่การปลูกเป็นการค้า จะต้องพิจารณาเรื่องของน้ำก่อนอื่น หากใช้น้ำคุณภาพไม่ดีทั้งองค์ประกอบทางเคมีและความสะอาด จะก่อให้เกิดความล้มเหลว น้ำเป็นตัวประกอบที่สำคัญ
2.4 วัสดุปลูก
วัสดุปลูก หมายถึงวัตถุ (Material) ต่างๆ ที่เลือกสรรมา เพื่อใช้ปลูกพืชและทำให้ต้นพืชเจริญเติบโตได้เป็นปกติ วัสดุดังกล่าวอาจเป็นชนิดเดียวกันหรือหลายชนิดผสมกัน ชนิดของวัสดุปลูกอาจเป็นอินทรีย์วัตถุก็ได้
2.5 สารละลายธาตุอาหารพืช
ธาตุอาหารที่พืชต้องการในการเจริญเติบโตและให้ผลผลิต มีทั้งหมด 16 ธาตุ ซึ่ง 3 ธาตุ คือ
คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน ได้จากน้ำและอากาศ และอีก 13 ธาตุ ได้จากการดูดกินผ่านทางราก ทั้ง13 ธาตุแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม ตามปริมาณที่พืชต้องการ คือ ธาตุอาหารที่พืชต้องการเป็นปริมาณมากและธาตุอาหารที่พืชต้องการเป็นปริมาณน้อย
การควบคุมความเป็นกรดด่าง (pH) และค่าการนำไฟฟ้า (EC) ของสารละลายธาตุอาหารพืช
การรักษาหรือควบคุมความเป็นกรดด่าง และค่าการนำไฟฟ้าในสารละลายอาหารนี้เพื่อให้พืช
สามารถดูดใช้ปุ๋ยหรือสารอาหารพืชได้ดี และเพื่อให้ปริมาณสารอาหารแก่พืชตามที่ต้องการ
1. การรักษาหรือควบคุม pH
เนื่องจากค่าความเป็นกรดด่างในสารละลายจะเป็นค่าที่บอกให้ทราบถึงความสามารถของรากที่จะดูดธาตุอาหารต่างๆ ที่อยู่ในสารละลายธาตุอาหารพืชได้ปกติแล้วควรรักษาค่าความเป็นกรดด่างที่ 5.8-7.0 เพราะเป็นค่าหรือช่วงที่ธาตุอาหารพืชต่างๆสามารถคงรูปในสารละลายที่พืชนำไปใช้ได้ดี
ค่าความเป็นกรดด่างในสารละลายธาตุอาหารพืชเปลี่ยนแปลงได้หลายสาเหตุ เช่น การเปลี่ยนแปลง
เนื่องจากการที่รากพืชดูดธาตุอาหารในสารละลายธาตุอาหาร แล้วพืชปลดปล่อยไฮโดรเจน (H+) และ
ไฮดรอกไซด์ (OH-) จากรากสู่สารละลายธาตุอาหารพืชทำให้ pH เปลี่ยนแปลงไป
2. การควบคุมค่าการนำไฟฟ้า (Electrical Conductivity)
เนื่องจากปุ๋ยที่ละลายในน้ำที่ค่าของอิออน (ion) ที่สามารถให้กระแสไฟฟ้าที่มีหน่วยเป็นโมท์ (Mho) แต่ค่าของการนำกระแสไฟฟ้านี้ค่อนข้างน้อยมาก จึงมีการวัดเป็นค่าที่มีหน่วยเป็นมิลลิโมท์/เซนติเมตร(milliMhos/cm) อันเป็นค่าที่ได้จากการวัดการนำกระแสไฟฟ้าจากพื้นที่หนึ่งคิวบิกเซนติเมตรของสารอาหารการวัดค่าการนำไฟฟ้าจะทำให้เราทราบเพียงค่ารวมของการนำไฟฟ้าของสารละลายธาตุอาหารพืช(คือน้ำกับปุ๋ยที่เป็นธาตุอาหารพืชทั้งหมดในถังที่ใส่สารอาหารทั้งหมด) เท่านั้น แต่ไม่ทราบค่าของสัดส่วนของธาตุอาหารใดธาตุอาหารหนึ่งที่อยู่ในถัง ที่อาจเปลี่ยนไปตามเวลาเนื่องจากพืชนำไปใช้หรือตกตะกอนดังนั้นหลังจากมีการปรับค่าการนำไฟฟ้าไปได้ระยะหนึ่งแล้วจึงควรเปลี่ยนสารละลายในถังใหม่เป็นระยะๆ โดยเฉพาะประเทศที่มีอากาศร้อนอย่างประเทศไทย ควรเปลี่ยนสารละลายใหม่เป็นระยะๆ เช่น ทุก 3 สัปดาห์
|
| ทฤษฎี สมมุติฐาน กรอบแนวความคิด : | - |
| วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล : | ตอนที่ 1 การออกแบบและสร้างตู้เพาะเลี้ยงพืช แบบควบคุมสภาพแวดล้อมได้
1. สำรวจข้อมูลเบื้องต้น และความต้องการในการพัฒนาเครื่องฯ
สำรวจข้อมูลศึกษาเบื้องต้นและความต้องการในการพัฒนาตู้ควบคุมการเจริญเติบโตของพืช โดยศึกษาข้อมูลเกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช ความสัมพันธ์ของปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่ออัตราการสังเคราะห์แสง ปริมาณก๊าซออกซิเจนและน้ำ และ รวมถึงทฤษฎีเกี่ยวกับความเข้มแสง ความยาวคลื่นแสงและคุณสมบัติการดูดกลืนแสงของสสาร หลักการพื้นฐานของการออกแบบตู้ควบคุมการเติบโตของพืชด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ไดโอดเปล่งแสง และการวิเคราะห์ทางสถิติวิธีต่างๆ ที่นักวิจัยจะนำไปใช้วิเคราะห์ข้อมูลเบื้องต้น เพื่อใช้เป็นแนวทางในการออกแบบและพัฒนาตู้ควบคุมการเติบโตของพืชต่อไป
2. วิเคราะห์และออกแบบตู้ควบคุมการเติบโตของพืช
? ออกแบบวงจรเซนเซอร์แสงสว่างที่ใช้ในการควบคุมแสงสว่างจากหลอดไดโอดเปล่งแสง
? ออกแบบโครงสร้างและระบบการทำงานภายในเครื่องฯ วงจรเซนเซอร์ควบคุมความชื้น ระดับน้ำ ค่าความเป็นกรดด่าง และอุณหภูมิภายในตู้ควบคุมฯ รวมถึงวงจรควบคุมแรงดันและป้องกระแสไฟฟ้าเกิน ให้เป็นไปตามกรอบแนวคิด ดังรูป
3. พัฒนาตู้ควบคุมการเติบโตของพืช
พัฒนาตู้ควบคุมการเติบโตของพืชหลังจากที่ได้ทำการออกแบบไว้ โดยการนำเอาความสามารถของเทคโนโลยีต่างๆ ที่ได้ทำการศึกษามาประยุกต์ใช้ เพื่อให้เครื่องฯสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
4. ทดสอบประสิทธิภาพของตู้ควบคุมการเติบโตของพืชและประเมินผล
เป็นขั้นตอนการทดสอบเพื่อหาประสิทธิภาพของตู้ควบคุมการเติบโตของพืชและความถูกต้องของระบบการทำงาน โดยการตรวจสอบการทำงานของวงจรควบคุมเซนเซอร์ต่างๆ โดยประเมินผลประสิทธิภาพของตู้ควบคุมการเติบโตของพืชที่พัฒนาขึ้นในด้านต่างๆ ดังนี้
4.1 ด้าน Functional Requirement Test เป็นการประเมินความสามารถของเครื่องฯ ว่าตรงตามความต้องการมากน้อยเพียงใด
4.2 ด้านความถูกต้อง Validity Test เป็นการประเมินความถูกต้องในการทำงานของเครื่องฯว่า สามารถทำงานได้ถูกต้องและแม่นยำได้มากน้อยเพียงใด
4.3 ด้าน Usability Test เป็นการประเมินลักษณะการใช้งานของเครื่องฯ ว่ามีความง่ายต่อการใช้งานมากน้อยเพียงใด
ตอนที่ 2 ออกแบบระบบการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินให้เหมาะสมกับตู้ควบคุมการเจริญเติบโตของพืชผักสลัด
ทำการออกแบบระบบการปลูกพืชไม่ใช้ดิน โดยการใช้ข้อมูลร่วมกับการพัฒนาตู้เพาะเลี้ยงพืช ประกอบด้วย
-ชั้นปลูกพืช ทั้งระดับความสูง ความลาดเอียง และวัสดุ
-ระบบการไหลของน้ำ และการนำกลับมาใช้ใหม่
-การให้สารละลายธาตุอาหารพืช
-การให้สารปรับความเป็นกรดเป็นด่าง
ตอนที่ 3 การทดสอบการเจริญเติบโตของพืชผักสลัดในตู้ควบคุมการเจริญเติบโตโดยการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดิน ในระบบที่คณะวิจัยประดิษฐ์ขึ้น แบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอน ดังนี้
ขั้นตอนที่ 3.1 การเพาะเมล็ด (1 สัปดาห์)
นำเมล็ดผักสลัดมาเพาะเมล็ดในตู้ควบคุมการเจริญเติบโต นับจำนวนเมล็ดที่งอกทุกวันเป็นเวลา 7 วัน
ขั้นตอนที่ 3.2 การเจริญเติบโตของต้นกล้า (2 สัปดาห์)
นำต้นกล้าผักสลัดที่มีอายุ 1 สัปดาห์ มาปลูกในตู้ควบคุมการเจริญเติบโต และในระบบการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินที่ได้รับการออกแบบมาให้เหมาะสมกับตู้ควบคุมการเจริญเติบโต วัดการเจริญเติบโตของผักสลัด นับจำนวนใบ ความกว้างใบ ความยาวใบ ความยาวราก จำนวนราก สีของราก
ขั้นตอนที่ 3.3 การเจริญเติบโต ถึง เก็บเกี่ยว (3 สัปดาห์)
นำต้นกล้าผักสลัดที่มีอายุ 3 สัปดาห์ มาปลูกในตู้ควบคุมการเจริญเติบโต และในระบบการปลูกพืชแบบไม่ใช้ดินที่ได้รับการออกแบบมาให้เหมาะสมกับตู้ควบคุมการเจริญเติบโต วัดการเจริญเติบโตของผักสลัด นับจำนวนใบ ความกว้างใบ ความยาวใบ ความยาวราก จำนวนราก สีของราก ความกว้างทรงพุ่ม ความสูงของทรงพุ่ม น้ำหนักสด-น้ำหนักแห้ง และการสังเคราะห์แสงของพืช
การเก็บรวบรวมข้อมูลและวิเคราะห์
- เปอร์เซ็นต์การงอก (%)
- การเจริญเติบโตของพืช น้ำหนักแห้ง น้ำหนักสด จำนวนใบ และความสูงต้น
- อุณหภูมิ (องศาเซลเซียส)
- ความชื้นสัมพัทธ์ (%)
- ค่า pH
- ค่า EC (mS/cm)
- การวิเคราะห์การสังเคราะห์แสงของพืช
สถานที่ทำการทดลอง ศูนย์การศึกษาย่านมัทรี มหาวิทยาลัยราชภัฏนครสวรรค์
|
| คำอธิบายโครงการวิจัย (อย่างย่อ) : | - |
| จำนวนเข้าชมโครงการ : | 1731 ครั้ง |