| รหัสโครงการ : | R000000420 |
| ชื่อโครงการ (ภาษาไทย) : | ชุดปลูกผักแอโรโพนิกส์แนวตั้งระบบควบคุมอัตโนมัติ |
| ชื่อโครงการ (ภาษาอังกฤษ) : | Automated system for Vertical Aeroponics. |
| คำสำคัญของโครงการ(Keyword) : | ระบบความคุมอัตโนมัติ ความเป็นกรดด่าง ค่าการนำไฟฟ้า แอโรโพนิกส์ |
| หน่วยงานเจ้าของโครงการ : | คณะเทคโนโลยีการเกษตรและเทคโนโลยีอุตสาหกรรม > ภาควิชาเทคโนโลยีอุตสาหกรรม สาขาวิชาวิศวกรรมเครื่องกลและหุ่นยนต์การเกษตร |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | โครงการวิจัยเดี่ยว |
| ลักษณะย่อยโครงการวิจัย : | ไม่อยู่ภายใต้แผนงานวิจัย/ชุดโครงการวิจัย |
| ประเภทโครงการ : | โครงการวิจัยใหม่ |
| สถานะของโครงการ : | propersal |
| งบประมาณที่เสนอขอ : | 305000 |
| งบประมาณทั้งโครงการ : | 305,000.00 บาท |
| วันเริ่มต้นโครงการ : | 30 ตุลาคม 2560 |
| วันสิ้นสุดโครงการ : | 29 เมษายน 2561 |
| ประเภทของโครงการ : | งานวิจัยประยุกต์ |
| กลุ่มสาขาวิชาการ : | วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี |
| สาขาวิชาการ : | สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย |
| กลุ่มวิชาการ : | วิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีพื้นฐานทางวิศวกรรมศาสตร์ |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | ระดับชาติ |
| สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ : | สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ |
| สร้างความร่วมมือประหว่างประเทศ GMS : | ไม่สร้างความร่วมมือทางการวิจัยระหว่างประเทศ |
| นำไปใช้ในการพัฒนาคุณภาพการศึกษา : | นำไปใช้ประโยชน์ในการพัฒนาณภาพการศึกษา |
| เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต : | เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต |
| ความสำคัญและที่มาของปัญหา : | ปัจจุบันการปลูกพืชในแนวตั้งกำลังได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย ในต่างประเทศเช่นประเทศสิงค์โปรมีการทำฟาร์มไฮโดรโพนิกในแนวตั้ง เนื่องจากเป็นประเทศขนาดเล็กมีพื้นที่น้อย (นัท, 2559) ในประเทศไทยเองก็มีการนำแนวคิดเรื่องการปลูกพืชแนวตั้งมาใช้กับอาคารที่พักอาศัย หรือชุมชน ที่มีพื้นที่จำกัด การนำเทคนิคการปลูกพืชแนวตั้งเข้าไปใช้กับการปลูกผักแปลงใหญ่ จะเป็นการเพิ่มผลผลิตต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่อีกด้วย รูปแบบการปลูกพืชแนวตั้งโดยใช้ผ้าใยสังเคราะห์เป็นวัสดุเกาะยึดอาจไม่มีความเหมาะสมเท่าใดกับการปลูกพืชเพื่อรับประทาน เนื่องจากน้ำและสารอาหารที่รดลงไปบนวัสดุปลูกอาจเกิดโรค เกิดเชื้อราสะสมในวัสดุปลูกอาจเกิดโรคหรือเกิดเชื้อราสะสม ในวัสดุปลูก ทั้งหมดนี้อาจก่อให้เกิดปัญหาด้านการบริหารจัดการ ควบคุมการให้น้ำแก่พืชเท่าที่จำเป็น ทำให้ต้องมีระบบควบคุมที่ดี ประหยัดพื้นที่ เวลา และแก้ปัญหาที่กล่าวมา
แอโรโพนิกส์เป็นวิธีการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน ซึ่งจะใช้น้ำที่มีสารละลายพืชไหลผ่านหรือสเปรย์ให้กับรากพืช ระบบนี้จะลดการใช้น้ำ พลังงาน และพื้นที่ ระบบสามารถประหยัดน้ำ 5-10 เท่าใน 1 รอบการปลูก และได้ผลผลิตมากกว่า 10 เท่าเมื่อเทียบกับการปลูกแบบดั้งเดิมโดยใช้ดิน (Winterborne, 2005) ระบบแอโรโพนิกส์สามารถใช้ได้ทั้งในร่มและกลางแจ้งปรับเปลี่ยนได้ตามต้องการ เช่น แนวตั้ง แนวผนัง หรือทำเป็นอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เนื่องจากระบบไม่ต้องใช้ดิน มีศัตรูพืชน้อย ไม่มีวัชพืช ทำให้ลดการใช้สารเคมีลงไปด้วย
ปัจจัยหลักของผลผลิตผักทั้งการปลูกในดินและระบบปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินคือ ธาตุอาหารพืช โดยธาตุอาหารที่จำเป็นสำหรับพืชแบ่งได้เป็น macronutrients (NO3-, K+, HPO42-, Ca2+, Mg2+, SO42-) หรือ micronutrients (Fe2+, Mn2+, BO33-, Zn2+, Cu2+ และ Mo3+) ระบบควบคุมสารละลายอาหารสำหรับพืชที่แม่นยำมีผลอย่างมากต่อการเจริญเติบโตของต้นพืชและปริมาณผลผลิต ระบบควบคุมจะช่วยลดปริมาณการใช้ปุ๋ย การควบคุมและตรวจสอบปริมาณปุ๋ยในแปลงสามารถทำได้หลายวิธีเช่นColorimetry, Photometry, conductimetryหรือ potentionmetryอย่างไรก็ตาม เครื่องมือวิเคราะห์ข้างต้นเป็นเครื่องมือที่ใช้ในห้องปฏิบัติการและต้องการข้อมูลเชิงคุณภาพเพื่อสอบเทียบ การใช้เครื่องมือพื้นฐาน เช่น pH meter และ conducti meterซึ่งสามารถวัด pH และ ความเข้มข้นของไอออนทั้งหมดที่อยู่ในสารละลายได้ มาประยุกต์ใช้เพื่อวัดค่าสารละลายพืชจะทำให้ลงพื้นที่การปลูกสะดวก และได้ผลรวดเร็วยิ่งขึ้น
แอโรโพนิกส์เป็นวิธีการปลูกพืชโดยไม่ใช้ดิน ซึ่งจะใช้น้ำที่มีสารละลายพืชไหลผ่านหรือสเปรย์ให้กับรากพืช ระบบนี้จะลดการใช้น้ำ พลังงาน และพื้นที่ ระบบสามารถประหยัดน้ำ 5-10 เท่าใน 1 รอบการปลูก และได้ผลผลิตมากกว่า 10 เท่าเมื่อเทียบกับการปลูกแบบดั้งเดิมโดยใช้ดิน (Winterborne, 2005) ระบบแอโรโพนิกส์สามารถใช้ได้ทั้งในร่มและกลางแจ้งปรับเปลี่ยนได้ตามต้องการ เช่น แนวตั้ง แนวผนัง หรือทำเป็นอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เนื่องจากระบบไม่ต้องใช้ดิน มีศัตรูพืชน้อย ไม่มีวัชพืช ทำให้ลดการใช้สารเคมีลงไปด้วย
ปัญหาดังกล่าวจึงเป็นที่มาของงานวิจัย เป็นการนำรูปแบบการปลูกพืชไร้ดินระบบรากแขวนในแนวตั้ง (Aeroponics System) มาประยุกต์ใช้งานร่วมกับโปรแกรมคอมพิวเตอร์ เพื่อช่วยควบคุมสภาพแวดล้อมที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช ด้วยเหตุผลที่การปลูกพืชแบบให้น้ำ และสารอาหารแบบฝอยละเอียด (vertical Aeroponics system) ทำให้รากพืชได้รับออกซิเจนและสารอาหาร โดยตรงทั่วถึงทุกต้นตามช่วงเวลาที่กำหนด และสามารถปรับให้เหมาะสมกับพืชที่ปลูก การที่ระบบปิดมีการให้น้ำแบบหมุนเวียนกลับมาใช้ใหม่จึงประหยัดน้ำเมื่อเทียบกับการเกษตรแบบดั้งเดิม การควบคุมสภาวะแวดล้อมที่มีผลต่อพืชได้ เช่น ค่า pH ค่าความเข้มข้นของสารละลายโดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ จะเป็นการช่วยประหยัดเวลาและแรงงานอีกทั้งเป็นการสนองนโยบายรัฐบาล ในการนำเทคโนโลยีมาใช้และช่วยเพิ่มผลผลิตทางเกษตร ใช้พื้นที่น้อยแต่ได้ผลผลิตสูง เป็นรูปแบบ Smart farm อีกด้วย
|
| จุดเด่นของโครงการ : | การปลูกผักแอโรโพนิกส์แนวตั้งควบคุมอัตโนมัติ |
| วัตถุประสงค์ของโครงการ : | 1.เพื่อออกแบบและสร้างชุดการปลูกผักแอโรโพนิกส์แนวตั้ง
2. เพื่อสร้างระบบควบคุมความเป็นกรด ด่าง ค่าการนำไฟฟ้าอัตโนมัติ สำหรับชุดการปลูกผักไฮโดรโพนิกส์แนวตั้ง
3. เพื่อหาสภาวะการณ์ปลูกผักที่เหมาะสมสำหรับชุดการปลูกไฮโดรโพนิกส์แนวตั้ง
|
| ขอบเขตของโครงการ : | 7.1 งานวิจัยนี้กำหนดขอบเขตใช้ตัวแทนของผักสลัดสลัด 2 ชนิด คือ กรีนโอ๊ค และกรีนคอส
7.2ทำการศึกษาเปรียบเทียบการเจริญเติบโตกับผักชนิดเดียวกันที่ปลูกโดยใช้ระบบไฮโดรโพนิกส์แนวตั้งควบคุมอัตโนมัติเปรียบเทียบกับการปลูกผักไฮโดรโพนิกส์ในระบบ NFT ที่ปลูกในเวลาเดียวกัน ในช่วงเวลาและสภาวะอุณหภูมิ ความชื้น สารอาหารประเภทเดียวกัน
|
| ผลที่คาดว่าจะได้รับ : | 1.ข้อมูลการควบคุมสภาวการณ์แบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับการปลูกผักไฮโดรโพนิกส์แนวตั้ง
1.ชุดปลูกสำหรับปลูกผักไฮโดรโปรนิกส์แนวตั้งสำหรับผัก 2 ชนิด
2.คู่มือแนะนำการปลูกผักไฮโดรโพนิกส์แนวตั้งแบบระบบควบคุมอัตโนมัติ
|
| การทบทวนวรรณกรรม/สารสนเทศ : | งานวิจัยเรื่อง ชุดปลูกผักแอโรโพนิกส์แนวตั้งระบบควบคุมอัตโนมัติมีงานวิจัยที่เกี่ยวข้องดังนี้
การปลูกผักในแนวดิ่ง เป็นที่นิยมมากในประเทศสิงค์โปร์ (ภาพที่ 1)โดยใช้ระบบชั้นปลูกผักหมุนเวียน กระบวนการทำงาน จะเกิดจากมอร์เตอร์ไฮโดรลิคกำลังต่ำ ค่อยๆหมุนชั้นปลูกผักขนาดความสูงประมาน 9เมตร (โดยมีชั้นปลูกผักทั้งหมด 30ชั้นแต่ละชั้นมีพื้นที่ประมาน 0.5 x 3เมตร) ขึ้น-ลงอย่างช้าๆ เพื่อให้แน่ใจว่าชั้นปลูกผักแต่ละชั้นนั้นจะได้รับแสงอาทิตย์ที่เพียงพอตลอดวัน และตอนที่กำลังหมุนขึ้น –ลงอยู่นั้น ชั้นปลูกผักชั้นที่อยุ่ล่างสุดจะถูกหมุนให้แช่ลงไปในน้ำ ที่เป็นน้ำฝนที่เก็บกักได้ในบริเวณสวน และจะหมุนเวียนขึ้นไปรับแสงอาทิตย์อีกครั้งหนึ่งหมุนเวียนอย่างนี้ไปตลอดทั้งวัน ซึ่งก็หมายความว่า วิธีการปลูกผักแบบนี้ไม่ต้องมีการต่อท่อเพื่อรดน้ำอีกทั้งสามารถประหยัดแรงงานในการดูแลรดน้ำผักอีกด้วย ระบบนี้จะถูกปลูกแบบระบบปิดโดยมีแผ่นพลาสติกใสเพื่อป้องกันแมลงรบกวน ทางบริษัท Sky Greens ยังช่วยส่งเสริมอาชีพให้กับชนชุมข้างเคียง โดยให้ชาวบ้านที่เป็นผู้สูงอายุวัยเกษียณ มาเป็นพนักงานเก็บผักเมื่อถึงระยะเวลาเก็บเกี่ยว โดยฟาร์มแห่งนี้ครอบคลุมพื้นที่ขนาด 2.5 ไร่
ภาพที่ 1 การปลูกผักในแนวดิ่งในประเทศสิงค์โปร์
ศุภกิจ ปานเกตุ (2556)นำโปรแกรมควบคุมระบบอัตโนมัติ (SCADA) มาประยุกต์ใช้ควบคุมสภาวะที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชและทดสอบระบบการปลูกพืชไร้ดินระบบรากแขวนในแนวตั้ง (Vertical Aeroponic) โดยทดสอบกับพืชต่างกัน 3 ชนิด คือ 1. ผักทรงพุ่ม 3 ชนิด ได้แก่ เรดโอ๊ค กรีนโอ๊ค และบัตเตอร์เฮด 2. ไม้คลุมดิน 3 ชนิด ได้แก่ ก้ามปูหลุด วอเตอร์เครส และผักเป็ดแดง 3. ผักทรงอื่น 3 ชนิด ได้แก่ กรีนคอส ฟิลเลย์ และเรดปัตตาเวีย พบว่า ระบบสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถช่วยควบคุมอุณหภูมิน้ำ ค่า EC และ pH การเจริญเติบโตของผักดี เมื่อเทียบกับข้อมูลผักในระบบ NFT (Nutrient Film Technique) ที่ปลูกในช่วงเวลาเดียวกัน นอกจากนี้ระบบการควบคุมอัตโนมัติยังช่วยประหยัดเวลาและแรงงานในการดำเนินการ
นริศ สินศิริ และวรรทณา สินศิริ (2557)ทำการพัฒนาต้นแบบการปลูกพืชในแนวตั้งร่วมกับการใช้น้ำจากระบบเลี้ยงปลา พบว่า ระบบการปลูกผักแนวตั้งแบบราวตากผ้าเหมาะสมต่อการเจริญของผักสลัด(ภาพที่ 2) ปัญหาที่พบคือ ผักที่ปลูกชั้นบน เจริญเติบโตได้ดีกว่าผักที่อยู่ชั้นล่าง เนื่องจากได้รับแสงมากกว่า ดังนั้นการออกแบบระบบการปลูกผักในแนวตั้งต้องคำนึงถึงแสงที่ส่องมาสู่ผัก ต้องคำนึงถึงการให้ธาตุอาหารพืชจากบนลงสู่เบื้องล่างแล้วทำให้ธาตุอาหารเพียงพอต่อความต้องการของพืชที่ปลูกอยู่ด้านล่าง อีกทั้งถ้าระบบทำงานโดยอัตโนมัติไม่ยุ่งยากต่อการดูแลรักษา จะสามารถเป็นกิจกรรมของผู้สูงอายุหรือกิจกรรมที่ทำร่วมกันในครอบครัวได้
ภาพที่ 2ระบบปลูกพืชในแนวตั้ง แบบราวตากผ้า สี่แฉก
DiegoS. และคณะ (2012) พัฒนาระบบอัตโนมัติ เพื่อควบคุม pH และสารอาหารสำหรับพืช ในการปลูกผักสลัดแลคตัสแบบไฮโดรโพนิกส์ พบว่าระบบควบคุมอัตโนมัติสามารถสามารถควบคุมค่าการนำไฟฟ้า ค่า pH 24ชั่วโมง ตลอดอายุการปลูก ระบบสามารถควบคุมและจัดการปริมาณสารละลายของพืชได้ตลอดช่วงอายุการปลูก ประสิทธิภาพการปลูกเมื่อเทียบกับการปลูกในดินและปลูกแบบไฮโดรโพนิกส์พบว่า ระบบควบคุมอัตโนมัติช่วยลดแรงงาน ควบคุมธาตุอาหารพืชได้ดี และปริมาณผลผลิตดีกว่าอีก 2 วิธี
RuqinFanaและคณะ (2012) ติดตามการเปลี่ยนแปลงของสารละลายธาตุอาหารที่ใช้ปลูกไฮโดรโพนิกส์ตลอดช่วงอายุการปลูก โดยใช้ mid-infrared spectroscopy พบว่าการเปลี่ยนแปลงสารละลายธาตุอาหารพืชมีการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของค่า pH และการนำไฟฟ้า โดยสามารถจัดกลุ่มธาตุอาหารหลักMg2+, Ca2+, NO3?, and P (PO43?, HPO42?,H2PO4?) R2 = 0.91–0.97 และ RPD = 3.16–9.63กลุ่มธาตุอาหารรอง Cu2+, Zn2+, Fe (Fe2+, Fe3+) และ B (BO32?, B4O72?)R2>0.84 และ RPD >2.52 ซึ่งสามารถนำมาเขียนโมเดลทางคณิตศาสตร์ และนำมาประยุกต์ใช้กับการติดตามการเปลี่ยนแปลงของสารละลายธาตุอาหารพืชแบบเรียลไทม์ หรือใช้ในการออกแบบระบบควบคุมอัตโนมัติได้
Liopa-Tsakalidi และคณะ (2015) ศึกษาการตอบสนองของผักซูชินิ ในสารละลายอาหารพืชสำหรับไฮโดรโพนิกส์ ที่มีค่าการนำไฟฟ้าต่างกัน (EC) คือ 2.2 dS/m-1และ 4.4 dS/m-1พบว่าผักซูชินิที่ปลูกในEC 2.2 dS/m-1 มีค่าความหวานของผลอยู่ที่ 5.19 0Brix ส่วน EC 2.2 dS/m-1 มีค่าความหวานของผลอยู่ที่5.480Brix จำนวนดอกตัวเมียจะน้อยกว่าดอกตัวผู้ โดยจำนวนดอกตัวเมีย 752 ดอก ดอกตัวผู้ 401 ดอกใน EC 2.2 dS/m-1และดอกตัวเมีย 750 ดอก ดอกตัวผู้ 430 ดอกใน EC 4.4 dS/m-1ตามลำดับ ส่วนความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางของผลไม่มีความแตกต่างกันในสารละลายที่มีค่า EC ต่างกัน
Hak-Jin Kim และคณะ (2013) ศึกษาระบบการวัดธาตุอาหารหลักอัตโนมัติโดยใช้คอมพิวเตอร์ในการควบคุมร่วมกับ Ion-selective electrodes (ISEs)(ภาพที่ 3) พบว่า ISEs มีประสิทธิภาพในการจัดการสารละลายตลอดช่วงการปลูกพืชเนื่องจากเป็นการวัดและวิเคราะห์โดยตรง อีกทั้ง ISEsย่านการตอบสนองกว้าง แม่นยำและเคลื่อนย้ายสะดวก อย่างไรก็ตาม สัญญาณที่ได้จะมีความเที่ยงตรง เมื่อสารละลายท่วม ISEs
ภาพที่ 3 Automated test stand for multiple electrode tests (left)
and the schematic diagram of the test stand(right)
|
| ทฤษฎี สมมุติฐาน กรอบแนวความคิด : | การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินกำลังเป็นที่นิยมของผู้บริโภคจำนวนมาก โดยเฉพาะการปลูกผักไฮโดรโพนิกส์และแอโรโพนิกส์ เป็นการปลูกผักที่สามารถควบคุมกระบวนการผลิตได้ สามารถลดการใช้สารเคมีทางการเกษตร ส่งผลให้ได้ผลผลิตผักที่มีคุณภาพและยังเป็นการผลิตผักที่สามารถทำได้ในสภาพพื้นที่ ๆ เหมาะสม สำหรับการทำการเกษตร สามารถปลูกเพื่อบริโภคภายในครัวเรือนและปลูกเพื่อเป็นการค้า
8.1 ปัจจัยในการเจริญเติบโตของพืชที่ปลูกโดยไม่ใช้ดิน
1. ด้านพันธุกรรม (genetic) ลักษณะทางพันธุกรรมเป็นตัวกำหนดลักษณะต่าง ๆ ของพืช ดังนั้นเราจึงต้องมีความรู้เรื่องของพันธุ์พืชที่จะปลูก เกี่ยวกับลักษณะพิเศษของพันธุ์ปัญหาในการผลิต ความต้านทานโรคแมลง อายุในการผลิต ความเหมาะสมในการนำมาปลูกแบบไม่ใช้ดิน และการตอบสนองต่อภูมิอากาศของพืช เป็นต้น
2. ด้านสิ่งแวดล้อม (Environment) สิ่งแวดล้อมเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของพืช ซึ่งมีปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตของพืช ซึ่งมีปัจจัยที่สำคัญได้แก่ แสง อุณหภูมิ ความชื้น ธาตุอาหาร ความเป็นกรด-ด่าง ความสูงของพื้นที่กับระดับน้ำทะเล ความชื้นสัมพัทธ์ ลม ระดับปริมาณก๊าซในบรรยากาศ เป็นต้น พืชแต่ละชนิดมีสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมในการเจริญเติบโตที่ต่างกัน ดังนั้นจึงควรทราบว่าพืชที่นำมาปลูกเจริญเติบโตได้ดีในสิ่งแวดล้อมแบบไหน
3. ด้านการจัดการดูแลในการเพาะปลูก (management) ควรคำนึงถึงความสัมพันธ์ระหว่างรากและยอดของพืช เนื่องจากส่วนยอดจำเป็นต้องอาศัย ปัจจัยด้านแสงและอุณหภูมิในกระบวนการหายใจและสังเคราะห์อาหาร ซึ่งหากไม่ได้รับการจัดการที่เหมาะสมจะส่งผลต่อการเจริญเติบโตของต้นพืชทั้งต้น ในทางกลับกันรากพืชซึ่งทำหน้าที่ส่งแร่ธาตุและน้ำให้เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์อาหาร หากมีการตัดรากหรือรากเกิดการเน่าเสีย เนื่องมาจากการดูแลที่ไม่เหมาะสมจะส่งผลให้พืชมีการร่วงเหี่ยวและมีผลผลิตที่ลดลง ดังนั้นในการดูแลพืชจึงถูกแยกเป็น 2 ส่วนคือ 1. การจัดการบริเวณส่วนต้นพืช การควบคุมอุณหภูมิบริเวณส่วนใบควรให้เหมาะสมกับพืชชนิดนั้น และควรได้รับแสงในระดับที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืช รวมถึงการสร้างสภาพบรรยากาศเพื่อควบคุมปริมาณความชื้น CO2 และ O2 ให้มีความเหมาะสมกับการเจริญเติบโตของพืชแต่ละชนิด2. การจัดการบริเวณรากของพืช การควบคุมอุณหภูมิของรากพืช โดยการสร้างรางปลูกที่อากาศถ่ายเทได้ดี ควบคุมปริมาณและความเข้มข้นของธาตุอาหารในสารละลายตรงกับความต้องการของพืช และการจัดการให้รากพืชได้รับ O2 อย่างเพียงพอ
8.2 รูปแบบการปลูกพืชไม่ใช้ดิน
1. การปลูกในสารละลาย(water culture) ซึ่งเรียก การปลูกแบบนี้ว่า ไฮโดรโพนิกส์เป็นวิธีที่นิยมมาก เนื่องจากมีการจัดการที่ไม่ยุ่งยากและพืชสามารถเจริญเติบโตได้ดี ด้วยการนำรากพืชจุ่มแช่อยู่ในสารละลายโดยตรง ทั้งนี้รากพืชสามารถทำงานได้ 2 หน้าที่ด้วยกันคือ ดูดออกซิเจนและดูดอาหาร ส่วนที่ดูดออกซิเจนอยู่บริเวณโคนราก ซึ่งจะสัมผัสกับอากาศโดยตรง ส่วนรากดูดอาหารอยู่บริเวณปลายราก โดยจะจุ่มแช่อยู่ในสารละลายและสามารถพัฒนาไปเป็นรากดูดอากาศ ซึ่งสามารถพัฒนาแบ่งได้ 2 วิธีคือ
1.1 แบบสารละลายไม่หมุนเวียน โดยสามารถปลูกพืชแล้วให้มีส่วนที่เป็นท่อนำสารละลายมาสัมผัสกับรากพืชโดยตรงและไม่มีการหมุนเวียนของสารละลาย วิธีนี้มีทั้งแบบเติมอากาศและไม่เติมอากาศเหมาะสำหรับการปลูกพืชในระยะแรก
1.2 แบบสารละลายหมุนเวียน โดยใช้ปั๊มในการทำให้สารละลายมีการไหลเวียนเป็นการเพิ่มออกซิเจนแก่รากพืชโดยตรง และช่วยรักษามิให้ธาตุต่าง ๆ เกิดการตกตะกอน ต้นพืชจึงได้รับธาคุอาหารอย่างเต็มที่ ระบบนี้เหมาะสำหรับปลูกพืชเชิงการค้า
2. แบบปลูกให้รากลอยอยู่กลางอากาศ(Aeroponics) เป็นการปลูกพืชโดยใช้ส่วนของรากลอยอยู่บนอากาศและฉีดสารละลายธาตุอาหารเป็นฝอยไปที่รากพืชโดยตรงเป็นช่วงเวลา พืชในระบบนี้มีการเจริญเติบโตได้ดี เนื่องจากรากพืชไม่กระทบกระเทือนและไม่มีสิ่งกีดขวางเหมือนในดิน ทำให้การแพร่กระจายของรากดี รากพืชได้รับอากาศเต็มที่
3. แบบปลูกในวัสดุปลูก (Substrate culture) เป็นการปลูกโดยใช้วัสดุปลูกทำหน้าที่แทนดิน สำหรับรากยึดและค้ำจุนต้นพืช วัสดุปลูกที่นิยมใช้มักมีความเป็นกลางไม่มีธาตุอาหาร ไม่เป็นอันตรายต่อการเจริญเติบโตของพืช และหาง่ายในท้องถิ่น
8.3 การควบคุมความเป็นกรดด่าง (pH) และค่าการนำไฟฟ้า (EC) ของสารละลายธาตุอาหารพืช
การรักษาหรือควบคุมความเป็นกรดด่าง และค่าการนำไฟฟ้าในสารละลายอาหารนี้เพื่อให้พืช
สามารถดูดใช้ปุ๋ยหรือสารอาหารพืชได้ดี และเพื่อให้ปริมาณสารอาหารแก่พืชตามที่ต้องการ
1. การรักษาหรือควบคุม pH
เนื่องจากค่าความเป็นกรดด่างในสารละลายจะเป็นค่าที่บอกให้ทราบถึงความสามารถของรากที่จะดูดธาตุอาหารต่างๆ ที่อยู่ในสารละลายธาตุอาหารพืชได้ปกติแล้วควรรักษาค่าความเป็นกรดด่างที่ 5.8-7.0 เพราะเป็นค่าหรือช่วงที่ธาตุอาหารพืชต่างๆสามารถคงรูปในสารละลายที่พืชนำไปใช้ได้ดี
ค่าความเป็นกรดด่างในสารละลายธาตุอาหารพืชเปลี่ยนแปลงได้หลายสาเหตุ เช่น การเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการที่รากพืชดูดธาตุอาหารในสารละลายธาตุอาหาร แล้วพืชปลดปล่อยไฮโดรเจน (H+) และไฮดรอกไซด์ (OH-) จากรากสู่สารละลายธาตุอาหารพืชทำให้ pH เปลี่ยนแปลงไป เช่น
- ประจุไฟฟ้าลบ หรือแอนไอออน (anions) เช่น ไนเตรท (NO3-),ซัลเฟต (SO4- ), ฟอสเฟต(PO4-) แล้วจะปลดปล่อยไฮดรอกไซด์ (OH-) สู่สารละลายธาตุอาหาร
- ประจุไฟฟ้าบวก หรือแคตไอออน (cations) เช่น แคลเซียม (Ca++), แมกนีเซียม (Mg++),
โปแตสเซียม (K+), แอมโมเนียม (NH4+) แล้วจะปลดปล่อยไฮโดรเจน (H+) สู่สารละลายธาตุอาหาร
ปกติแล้วธาตุอาหารในสารละลายธาตุอาหารพืช มีประจุไฟฟ้าบวกหรือแคตไอออนมากกว่าค่าของประจุไฟฟ้าลบหรือแอนไอออนแล้ว ค่าความเป็นกรดด่างจะลดลง ในขณะที่การดูดกินแอนไอออนมากกว่าแคตไอออนจะเพิ่มความเป็นกรดด่างในสารละลายธาตุอาหารพืช
สำหรับการให้ธาตุอาหารบางชนิดที่พืชต้องการใช้ในปริมาณมาก คือ ธาตุไนโตรเจน (Nitrogen, N)ซึ่งมีการให้ทั้ง 2 รูปแบบ คือ ในรูปแบบของประจุลบในสารอาหารในรูปของไนเตรส (NO3-) และในรูปแบบของประจุบวกในสารอาหารในรูปของแอมโมเนียม (NH4+) นั้น ต้องพิจารณาถึงอัตราส่วนของสารนี้ให้ดีเพราะจะมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงของความเป็นกรดด่างและการใช้ประโยชน์ของพืชมาก
การปรับเพื่อลดหรือเพิ่มค่าความเป็นกรดด่างนั้น สามารถทำได้โดยเติมสารลงไปในสารละลายธาตุอาหารพืช เช่น
- การปรับเพื่อลดค่าความเป็นกรดด่างโดยการเติมสารใดสารหนึ่งต่อไปนี้ ลงไปในสารละลาย
ธาตุอาหารพืช เช่นSulfuric acid (H2SO4) หรือ Nitric acid (HNO3) หรือ Hydrochloric acid (HCl) หรือ
Acetic acid
- การปรับเพื่อเพิ่มค่าความเป็นกรดด่าง ให้สูงขึ้น ทำโดยการเติมสารใดสารหนึ่งต่อไปนี้ลงไปในสารละลายธาตุอาหารพืชเช่น Potassium hydroxide (KOH) หรือ Sodium hydroxide (NaOH) หรือ Sodiumbicarbonate หรือ Bicarbonate of soda (NaHCO3)
- การควบคุมค่าการนำไฟฟ้า (Electrical Conductivity)
เนื่องจากปุ๋ยที่ละลายในน้ำที่ค่าของอิออน (ion) ที่สามารถให้กระแสไฟฟ้าที่มีหน่วยเป็นโมท์ (Mho)แต่ค่าของการนำกระแสไฟฟ้านี้ค่อนข้างน้อยมาก จึงมีการวัดเป็นค่าที่มีหน่วยเป็นมิลลิโมท์/เซนติเมตร(milliMhos/cm) อันเป็นค่าที่ได้จากการวัดการนำกระแสไฟฟ้าจากพื้นที่หนึ่งคิวบิกเซนติเมตรของสารอาหารการวัดค่าการนำไฟฟ้าจะทำให้เราทราบเพียงค่ารวมของการนำไฟฟ้าของสารละลายธาตุอาหารพืช(คือน้ำกับปุ๋ยที่เป็นธาตุอาหารพืชทั้งหมดในถังที่ใส่สารอาหารทั้งหมด) เท่านั้น แต่ไม่ทราบค่าของสัดส่วนของธาตุอาหารใดธาตุอาหารหนึ่งที่อยู่ในถัง ที่อาจเปลี่ยนไปตามเวลาเนื่องจากพืชนำไปใช้หรือตกตะกอน
ดังนั้นหลังจากมีการปรับค่าการนำไฟฟ้าไปได้ระยะหนึ่งแล้วจึงควรเปลี่ยนสารละลายในถังใหม่
เป็นระยะๆ โดยเฉพาะประเทศที่มีอากาศร้อนอย่างประเทศไทย ควรเปลี่ยนสารละลายใหม่เป็นระยะๆ เช่น ทุก 3 สัปดาห์ ซึ่งการเปลี่ยนสารละลายธาตุอาหารพืชแต่ละครั้งก็หมายถึงการเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น
ปกติแล้วควรรักษาค่าการนำไฟฟ้าของสารอาหารระหว่าง2.0-4.0 มิลลิโมท์/เซนติเมตร (milliMhos/cm)
1 (mMho/cm) = 1Millisiemen/cm (mS/cm)
1 Millisiemen/cm (mS/cm) = 650 ppm ของความเข้มข้นของสารละลาย (salt)
ปกติแล้วความเข้มข้นของสารอาหารควรอยู่ในช่วง 1,000-1,500 ppm เพื่อให้แรงดันออสโมติกของกระบวนการดูดซึมธาตุอาหารของรากพืชได้สะดวก
ค่าการนำไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปตามชนิดของพืช ระยะการเติบโต และความเข้มของแสง เช่นค่าการนำไฟฟ้าที่ต่ำคือ (1.5-2.0 mMho/cm) เหมาะสมต่อการปลูกแตงกวา
ค่าการนำไฟฟ้าที่สูงคือ (2.5-3.5 mMho/cm) เหมาะสมต่อการปลูกมะเขือเทศ
ค่าการนำไฟฟ้าจะแตกต่างกันไปตามระยะการเจริญเติบโตและความแข็งแรงของต้นพืช เพราะค่าการนำไฟฟ้าที่สูงจะยับยั้งการเจริญเติบโตของพืช ค่าการนำไฟฟ้าที่ต่ำจะเหมาะสมต่อการเจริญเติบโตทางลำต้นก่อนการให้ผล (Vegetative growth) และสูงขึ้นเมื่อพืชให้ผลผลิต (Reproductive growth) ดังนั้นการปลูกพืชที่ให้ผลผลิตเช่นมะเขือเทศควรคำนึงถึงข้อนี้ด้วยนอกจากนี้ค่าการนำไฟฟ้านี้ จะแตกต่างกันไปตามความเข้มข้นของแสง เช่น กล่าวคือถ้าแสงมีความเข้มข้นมาก พืชต้องการสารละลายที่มีความเข้มข้นน้อยลง คือพืชจะดูดน้ำมากกว่าธาตุอาหาร
การเปลี่ยนสารละลายใหม่ เนื่องจากการวัดค่าการนำไฟฟ้า จะทำให้เราทราบเพียงค่ารวมของการนำไฟฟ้าของสารอาหารคือน้ำกับธาตุอาหารทั้งหมดในถังที่ใส่สารละลายธาตุอาหารพืชเท่านั้น แต่ไม่ทราบค่าของสัดส่วนของธาตุอาหารแต่ละชนิดที่เปลี่ยนไปตามเวลาที่ให้ เนื่องจากธาตุอาหารบางธาตุพืชนำไปใช้น้อยจึงเหลือสะสมในสารอาหาร (เช่น โซเดียมและคลอรีน) ซึ่งจะมีผลทำให้ความเป็นประโยชน์หรือองค์ประกอบของสารละลายตัวอื่นๆ เปลี่ยนแปลงไปหรือ ตกตะกอนจึงควรเปลี่ยนสารละลายในถังใหม่เป็นระยะๆ โดยเฉพาะประเทศที่มีอากาศร้อนอย่างประเทศไทย ควรเปลี่ยนสารละลายใหม่เป็นระยะ เช่น ทุก 3 สัปดาห์การรักษาหรือควบคุมค่าความเป็นกรดด่าง และค่าการนำไฟฟ้าในสารละลายธาตุอาหารพืชนี้ สามารถกระทำโดยใช้แรงงานหรือใช้ระบบควบคุมแบบอัตโนมัติก็ได้
ดังนั้นการดำเนินงานวิจัยจะเริ่มจากการสร้างระบบและชุดสำหรับปลูกผักไฮโดรโปรนิกส์แนวตั้ง เพื่อดำเนินการศึกษาและสร้างระบบควบคุมความเป็นกรด ด่าง ค่าการนำไฟฟ้าอัตโนมัติ สำหรับชุดการปลูกผักไฮโดรโพนิกส์แนวตั้ง โดยในโครงการนี้จะพัฒนาระบบโปรแกรมคอมพิวเตอร์เพื่อควบคุมระบบสภาวะต่างๆเพื่อให้เหมาะสม และดำเนินการวิเคราะห์ค่าสภาวการณ์ที่เหมาะสมสำหรับชุดสำหรับปลูกผักไฮโดรโปรนิกส์แนวตั้ง เพื่อนำข้อมูลที่ได้ไปเผยแพร่ต่อไป
|
| วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล : | 1.ศึกษาและเก็บข้อมูลที่จำเป็นในการออกแบบชุดปลูกผักไฮโดรโพนิกส์แนวตั้งควบคุมอัตโนมัติแต่ละด้านดังนี้
1.1 ลักษณะจำเพาะของพืชที่ใช้ทำการทดสอบ เช่น ความกว้างทรงพุ่มพืช ระยะช่องปลูก ค่าความเป็นกรดด่าง ค่าการทำไฟฟ้าในสารละลายที่เหมาะสมต่อพืช การวางตำแหน่งของต้นพืชบนชุดปลูกผัก ระดับการให้น้ำที่เหมาะสมในพืช
1.2 ระบบโครงสร้างชุดปลูกพืชในแนวตั้ง เช่น วัสดุโครงสร้าง ชุดปลูก เป็นต้น
1.3 ระบบน้ำรวมถึงอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น ชุดพ่นสเปรย์น้ำและสารละลายอาหารพืชพ่นฝอยแบบละเอียด ขนาดท่อPE และ PVC ขนาดปั๊มน้ำ อุปกรณ์การจัดเก็บสารละลาย อุปกรณ์การจ่ายน้ำและสารละลายอาหารพืช เป็นต้น
1.4 ระบบวัดทางไฟฟ้า เช่นชุดเซนเซอร์และเก็บข้อมูลค่าความนำไฟฟ้า ชุดเซนเซอร์และเก็บข้อมูลค่าความเป็นกรดเป็นด่าง ชุดเซนเซอร์และเก็บข้อมูลค่าอุณหภูมิและความชื้น
1.5 ระบบควบคุมทางไฟฟ้าและเครื่องกล เช่น ชุดควบคุมระบบจ่ายไฟฟ้า ชุดจ่ายสัญญาณไฟฟ้า ชุดควบคุมและประมวลผล ชุดคอมพิวเตอร์ ชุดจอแสดงผล เป็นต้น
2. ออกแบบและสร้างชุดปลูกผักไฮโดรโพนิกส์แนวตั้งควบคุมอัตโนมัติ
นำข้อมูลที่ได้จากข้อ 1 มาออกแบบและสร้างชุดปลูกผักไฮโดรโพนิกส์แนวตั้งควบคุมอัตโนมัติ(ภาพที่ 4 )ลักษณะการทำงานของชุดปลูกคือ หัวพ่นสเปรน้ำจะพ่นสารละลายให้กับรากพืชตามเวลาที่กำหนดไว้ เซนเซอร์กรด-ด่าง และเซนเซอร์ค่าการนำไฟฟ้า จะทำการวัดค่าในถังพักสารละลายแล้วส่งข้อมูลมายังระบบควบคุม เมื่อค่ากรด – ด่าง หรือค่าการนำไฟฟ้าเปลี่ยนไปจากที่กำหนดไว้ ระบบจะสั่งให้ปั๊มสารละลาย A และ B ทำงาน ดูดสารละลายเข้าสู่ถังพักสารละลายโดยอัตโนมัติ
ภาพที่ 4 แบบชุดปลูกผักไฮโดรโพนิกส์แนวตั้งควบคุมอัตโนมัติ
3. ออกแบบแผนการทดลองและเก็บข้อมูล
4.ทำการเก็บข้อมูลการปลูกพืชโดยใช้ชุดปลูกชุดปลูกผักไฮโดรโพนิกส์แนวตั้งควบคุมอัตโนมัติเปรียบเทียบกับการปลูกผักไฮโดรโพนิกส์ในระบบ NFT ที่ปลูกในเวลาเดียวกัน
4.1 การเจริญเติบโตของพืช
4.2 ข้อมูลผลผลิตที่ได้รับ
4.3 การใช้พลังงานในการปลูกพืช
5. วิเคราะห์ผลการทดสอบชุดปลูกชุดปลูกผักไฮโดรโพนิกส์แนวตั้ง
|
| คำอธิบายโครงการวิจัย (อย่างย่อ) : | - |
| จำนวนเข้าชมโครงการ : | 2208 ครั้ง |