การคายน้ำ

การคายน้ำคือการสูญเสียน้ำของพืชในรูปของไอน้ำ น้ำที่พืชดูดขึ้นไปจะใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงเพียงร้อยละ 1 - 2 เท่านั้น น้ำส่วนที่เหลืออีกร้อยละ 98 - 99 จะสูญเสียไปในรูปของการคายน้ำโดยน้ำเปลี่ยนเป็นไอและระเหยออกไป น้ำส่วนใหญ่จะระเหยออกทางปากใบ (stinata) เรียกว่า สโตมาทอลทรานสพิเรชัน (stomatal transpiration)
นอกจากนี้น้ำอาจสูญเสียทางผิวใบและส่วนของลำต้นอ่อน ๆ เรียกว่า คิวทิคิวลาร์ ทรานสพิเรชัน (cuticular traspiration) ทางรอยแตกหรือรูเล็ก ๆ ที่ลำต้นหรือเลนทิเซล (lenticel) เรียกว่า เลนทิคิวลาร์ทรานสพิเรชัน (lenticular transpiration)
การคายน้ำทางผิวใบและเลนทิเซลถือว่าน้อยมาก เมื่อเทียบกับการคายน้ำทางปากใบ แต่ในสภาพที่พืชขาดน้ำ ปากใบจะปิดดังนั้นการคายน้ำทางผิวใบ และเลนทิเซล จะช่วยลดอุณหภูมิให้กับพืชได้บ้างทำให้ลำต้นพืชไม่ร้อนมากจนเกินไป ที่ผิวใบพืชมีเซลล์ชั้นเอพิเดอร์มิส (epidermis layer) เซลล์ชั้นนี้เป็นชั้นที่อยู่นอกสุดปกคลุมส่วนที่อยู่ข้างในทั้งทางด้านบน คือ เอพิเดอร์มิสด้านบน (upper epidermis) และทางด้านล่าง คือ เอพิเดอร์มิสด้านล่าง (lower epidermis) เซลล์เอพิเดอร์มิสมีรูปร่างเป็นสี่เหลี่ยมผืนผ้าเรียงตัวแถวเดียวตลอดทั่วไป เซลล์ชั้นนี้ไม่มีคลอโรฟีลล์อยู่ด้วย จึงทำให้สังเคราะห์ด้วยแสง ไม่ได้เซลล์เอพิเดอร์มิสบางเซลล์เปลี่ยนแปลงไปทำหน้าที่เป็น เซลล์คุม (guard cell) อยู่ด้วยกันเป็นคู่ผนังด้านในของเซลล์คุมหนากว่าผนังเซลล์ด้านนอกระหว่างเซลล์คุมเป็นปากใบ (stomata) พบว่าทางด้านล่างของใบมีปากใบอยู่มากกว่าทางด้านบนเซลล์คุมทำหน้าที่ปิดและเปิดปากใบ เซลล์คุมแตกต่างจากเซลล์เอพิเดอร์มิสอื่น คือ เซลล์คุมมีคลอโรฟีลล์อยู่ด้วย จึงสามารถสังเคาระห์ด้วยแสงได้และการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้เป็นกลไกสำคัญที่ทำให้เกิดการเปิดปิดของปากใบ, การคายน้ำและการลำเลียงสารของพืช ผิวของเซลล์ชั้นเอพิเดอร์มิสมีสารพวกขี้ผึ้ง เรียกว่า คิวทิน (cutin) ฉาบอยู่ช่วยป้องกันการระเหยของน้ำ ออกจากผิวใบปากใบพืชจำแนกตามชนิดของพืชที่เจริญอยู่ในสิ่งแวดล้อมต่าง ๆ ได้เป็น 3 แบบ คือ
1.ปากใบแบบธรรมดา (typical stomata) เป็นปากใบของพืชทั่วไปโดยมีเซลล์คุมอยู่ในระดับเดียวกับเซลล์เอพิเดอร์มิสพืชที่ปากใบเป็นแบบนี้เป็นพวกเจริญอยู่ในที่ ๆ มีน้ำอุดมสมบูรณ์พอสมควร (mesophyte)
2.ปากใบแบบจม (sunken stomata) เป็นปากใบที่อยู่ลึกเข้าไปในเนื้อใบเซลล์คุมอยู่ลึกกว่าหรือต่ำกว่าชั้นเซลล์เอพิเดอร์มิสพบในพืชที่อยู่ในที่แห้งแล้ง (xerophyte) เช่น พืชทะเลทราย พวกกระบองเพชร พืชป่าชายเลน (halophyte) เช่น โกงกาง แสม ลำพู เป็นต้น
3.ปากใบแบบยกสูง (raised stomata) เป็นปากใบที่มีเซลล์คุมอยู่สูงกว่าระดับเอพิเดอร์มิสทั่วไป เพื่อช่วยให้น้ำระเหยออกจากปากใบได้เร็วขึ้นพบได้ในพืชที่เจริญอยู่ในน้ำที่ที่มีน้ำมากหรือชื้นแฉะ(hydrophyte)
ใบพืชใบเลี้ยงเดี่ยวบางชนิด เช่น หญ้า ข้าวโพด ที่ชั้นเอพิเดอร์มิสมีเซลล์ขนาดใหญ่และผนังเซลล์บาง เรียกว่า บัลลิฟอร์มเซลล์ (bulliform cell) ช่วยทำให้ใบม้วนงอได้เมื่อพืชขาดน้ำช่วยลดการคายน้ำของพืชให้น้อยลง พืชบางชนิดอาจมีเอพิเดอร์มิสหนามากกว่า 1 ชั้น ซึ่งพบมากทางด้านหลังใบมากกว่าทางด้านท้องใบเรียกว่า มัลติเปิล เอพิเดอร์มิส (multiple epidermis) ซึ่งพบในพืชที่แห้งแล้งช่วยลดการของได้ เซลล์ชั้นนอกสุดเรียกว่า เอพิเดอร์มิส ส่วนเซลล์แถวที่อยู่ถัดเข้าไปเรียกว่า ไฮโพเดอร์มิส (hypodermis)
การคายน้ำของพืชมีความสัมพันธ์กับการลำเลียงน้ำของพืชไปตามเซลล์ที่มีลักษณะเป็นท่อยาว ๆ ถ้าหากพืชคายน้ำออกไปมากจะมีกระบวนการลำเลียงน้ำมากด้วย
ในขณะที่สิ่งแวดล้อมไม่เหมาะสมกับการคายน้ำทางปากใบ เช่น เมื่ออากาศมีความชื้นมาก พืชบางชนิดจะกำจัดน้ำออกมาในรูปของหยดน้ำ ทางรูเปิดเล็ก ๆ ตามปลายของเส้นใบ รูเหล่านี้เรียกว่า ไฮดาโทด (hydathod) กระบวนการคายน้ำของพืชในรูปของหยดน้ำเช่นนี้เรียกว่า กัตเตชัน (guttation)
เนื่องจากพืชมีการดูดน้ำอยู่ตลอดเวลา น้ำจะเข้าไปอยู่ในรากเป็นจำนวนมากขึ้นทุกที ทำให้เกิดแรงดันของเหลวให้ไหลขึ้นไปตามท่อไซเลมในลำดับและใบ และไหลออกมาทางรูเปิดของท่อเล็ก ๆ ที่อยู่ปลายของเส้น มองเห็นเป็นหยดน้ำเล็ก ๆ เกาะอยู่ตามขอบใบเราจะพบปรากฏการณ์นี้ในธรรมชาติได้อย่างชัดเจนในตอนเช้าที่อากาศมีความชื้นมาก ๆ ซึ่งมักไม่เกิดบ่อยนัก
ประเภทของการคายน้ำ
การคายน้ำของพืชเป็นไปในลักษณะของการแพร่เป็นส่วนใหญ่ แบ่งเป็น 3 ประเภท ตามตำแหน่งที่ไอน้ำออกมา คือ
1.Stomatal transpiration เป็นการคายน้ำที่กำจัดไอน้ำออกมาทางปากใบซึ่งมีอยู่มากมายตามผิวใบ ปากนี้เป็นทางที่มีการคายน้ำออกมากที่สุด
2.Cuticular transpiration เป็นการคายน้ำที่กำจัดไอน้ำออกมาทางผิวใบที่มี cuticle ฉาบอยู่ข้างนอกสุดของ epidermis แต่เนื่องจาก cuticle ประกอบด้วยสาร cutin ซึ่งเป็นสารประกอบคล้ายขี้ผึ้ง ไปน้ำจึงแพร่ออกทางนี้ได้ยาก ดังนี้ พืช จึงคายน้ำออกทางนี้ได้น้อยและ ถ้าหากพืชใดมี cuticle หนามากน้ำก็ยิ่งออกได้ยากมากขึ้นทั้ง stomatal และcuticular transpiration ต่างก็เป็นการคายน้ำที่กำจัดไอน้ำออกมาจากใบ จึงเรียกการคายน้ำทั้ง 2 ประเภทนี้รวม ๆ กันว่า Foliar transpiration การคายน้ำออกจากใบดังกล่าวนี้จะเกิดที่ปากใบประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์และที่ cuticle ประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์
3.Lenticular transpiration เป็นการคายน้ำที่กำจัดไอน้ำออกมาทาง lenticel ซึ่งเป็นรอยแตกตามลำต้นและกิ่ง การคายน้ำประเภทนี้เกิดขึ้นน้อยมาก เพราะ lenticel มีในพืชเป็นส่วนน้อยและเซลล์ของ lenticel ก็เป็น cork cell ด้วยไอน้ำจึงออกมาได้น้อย

ปัจจัยในการควบคุมการคายน้ำ
ใบไม้จะคายน้ำได้ช้าหรือเร็ว มากหรือน้อย ย่อมขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมภายนอกและสภาพภายในของพืชเอง คือ
1.แสงสว่าง ถ้าความเข้มข้นของแสงสว่างมากจะช่วยให้การคายน้ำมีอัตราสูงขึ้นเพาะว่าแสงสว่างทำให้ปากใบเปิดกว้างขึ้น เนื่องจากที่เซลล์คุมมีเม็ดคลอโรปลาสต์อยู่ ซึ่งจะดูดเอาพลังงานแสงสว่างไปทำการสังเคราะห์แสง เกิดเป็นน้ำตาลมากขึ้น และน้ำตาลนี้ละลายน้ำได้ดีกลายเป็นสารละลาย จึงทำให้เซลล์คุมมีสารละลายเข้มข้นขึ้นกว่าเซลล์ข้างเคียง ดังนั้นสารละลายในเซลล์ก็มีแรงดันออสโมติคเพิ่มขึ้น ทำให้ D.P.D.ของน้ำในเซลล์คุมสูงขึ้น และสูงกว่า D.P.D. ของน้ำในเซลล์ข้างเคียงด้วย (ซึ่งแต่เดิม ก่อนทำการสังเคราะห์แสง D.P.D. ของน้ำในเซลล์คุมกับเซลล์ข้างเคียงเท่ากัน) น้ำในเซลล์ข้างเคียงจึงแพร่เข้าไปในเซลล์คุมได้ เมื่อมีการแพร่มาก ๆ เข้าทำให้ turgor pressue ในเซลล์คุมสูงขึ้น เรื่อย ๆ จึงไปดันให้เซลล์คุมพองตัวเต่งขึ้น แต่เนื่องจากผนังด้านนอกของเซลล์คุมบางและอ่อนนุ่มกว่าด้านใน จึงทำให้ผนังด้านนอกของเซลล์คุมนั้นโค้งออกไปมาก พร้อมกับดึงเอาผนังด้านใน ซึ่งหน้ากว่าแต่ยืดหยุ่นได้โค้งตามออกไปด้วย จึงทำให้ปากใบเปิดกว้างอก ใบก็คายน้ำได้มากขึ้นและรากก็จะดูดน้ำขึ้นมาใหัทันกับปริมาณที่ระเหยไป ใบจึงเต่งอยู่ได้ ถ้าหากรากดูดส่งขึ้นมาไม่ทัน ใบและเซลล์คุมจะเหี่ยวเพราะเสียน้ำไปมาก ผนังด้านในของเซลล์คุมก็จะหดตัวทำให้ปากใบปิด น้ำจึงหยุดระเหยออกจากใบ ดังนั้น การเหี่ยวของใบไม้บางชนิดในเวลากลางวัน จึงเป็นการป้องกันอันตรายจากการเสียน้ำจากใบได้เป็นอย่างดี
จากรายงานในระยะหลัง ๆ นี้พบว่า การสังเคราะห์แสงในเซลล์คุมนั้น เกิดน้ำตาลขึ้นไม่มากนัก แต่น้ำตาลส่วนใหญ่เกิดจากการย่อยแป้งที่สะสมไว้ เนื่องจากแสงที่ทำให้ pH ของเอนไซม์ ที่ใช้ย่อยแป้งเปลี่ยนแปลงเป็นค่าไปจึงย่อยแป้งเป็นน้ำตาได้มาก
การปิดเปิดปากใบนอกจากจะเกิดจาก turgor pressure แล้ว ยังเกิดจากเหตุอื่นด้วย เช่น อุณหภูมิ ความชื้น และสภาพแวดล้อมอื่น ๆ ดังเช่นในฤดูร้อน อากาศแห้งแล้ง ปากใบจะปิดเพราะแสงมากเกินไป ทำให้คาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปในใบน้อยลง การสังเคราะห์แสงจึงเกิดขึ้นน้อยลงด้วยแสงสว่างทำให้อุณหภูมิของบรรยากาศรอบ ๆ ใบไม้และของใบไม้เองสูงขึ้น ทำให้น้ำกลายเป็นไอมากขึ้น ก็คายน้ำออกมามากด้วย
2.อุณหภูมิ ถ้าอุณหภูมิของบรรยากาศสูง จะทำให้ใบคายน้ำได้มากและรวดเร็วขึ้น ทั้งนี้เพราะว่า
(1) เมื่ออุณหภูมิสูง อุณหภูมิของน้ำในใบก็จะสูงขึ้น ทำให้น้ำระเหยเป็นไอได้ง่ายและเร็วขึ้น จึงระเหยออกไปจากใบได้มากและเร็วขึ้นด้วย
(2) เมื่ออุณหภูมิสูง อากาศภายนอกสามารถอุ้มไอน้ำเอาไว้ได้มากขึ้น เช่นที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส อากาศภายนอกสามารถอุ้มไอน้ำไว้ได้เป็น 2 เท่าของอุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส เป็นต้นอนึ่ง อุณหภูมิของบรรยากาศยังเป็นปัจจัยหนึ่งที่ช่วยในการเปิดปากใบด้วยพืชบางชนิด ปากใบเปิดได้ดีที่อุณหภูมิ 25 - 30 องศาเซลเซียส ถ้าอุณหภูมิสูงกว่านี้ปากใบจะเปิดได้น้อยลง และถ้าอุณหภูมิต่ำ เช่น ที่อุณหภูมิจุดเยือกแข็งหรือใกล้จุดเยือกแข็ง ปากใบก็จะปิดหมด พืชบางชนิด ปากใบจะเปิดได้ดีเมื่อมีอุณหภูมิสูง เช่น ที่ 40 องศาเซลเซียส เป็นต้น การที่ปากใบเปิดได้มากหรือน้อยอย่างไรนั้น ก็มีผลทำให้การคายน้ำเกิดขึ้นได้มากหรือน้อยตามลำดับนั่นเอง
3.ความชื้น ถ้าหากความชื้นในบรรยากาศมีน้อย คือ อากาศแห้ง เช่น ในหน้าแล้งหรือตอนกลางวัน ความชื้นในบรรยากาศจึงแตกต่างกับความชื้นในช่องว่างที่อากาศในใบมาก(ซึ่งมีช่องว่างอากาศในใบนี้จะมีไอน้ำอิ่มตัวอยู่ตลอดเวลา) ทำให้การคายน้ำเกิดขึ้นได้มากและรวดเร็ว ถ้าความชื้นในบรรยากาศมีมากขึ้น คือ อากาศชื้น เช่น ในหน้าฝน หรือตอนเช้ามืด หรือตอนก่อนและหลังฝนตกใหม่ ๆ ใบจะคายน้ำได้น้อยและช้าลง ตามทฤษฎีถ้าความชื้นอิ่มตัวใบไม่ควรจะคายน้ำเลย ซึ่งก็เป็นความจริง กล่าวคือ ใบจะไม่คายน้ำออกมาเป็นไอน้ำ แต่มันคายมาเป็นหยดน้ำอย่างหนึ่งที่เรียกว่า Guttation นั่นเอง
4.ลม โดยทั่วไปทำให้พืชคายน้ำได้มากขึ้น โดยที่ลมช่วยพัดพาไอน้ำที่ระเหยออกมาจากใบและอยู่บริเวณรอบ ๆ ใบให้พ้นไปจากผิว บริเวณนั้นจึงมีไอน้ำน้อยหรือมีอากาศแห้งเข้ามาแทนที่ ก็สามารถรับไอน้ำจากใบได้อีก ดังนั้น ใบจึงคายน้ำออกมาได้เรื่อย ๆ ตามหลักของการแพร่ การที่มีลดพัดยังทำให้ใบเคลื่อนไหวอีกด้วย ซึ่งเป็นผลให้เซลล์ mesophyll มีการเคลื่อนไหว จึงช่วยไล่ไอน้ำใน messophyll ออกมามากขึ้น การคายน้ำก็มีอัตราสูงขึ้น แต่ถ้าลมแรงมากจนเป็นพายุ ปากใบมักจะปิด การคายน้ำก็ลดลง และถ้าไม่มีลมหรือลมสงบไอน้ำที่คายออกมาจากปากใบก็จะยังคงอยู่ในบรรยากาศใกล้ ๆ ผิวใบนั่นเอง จึงทำให้บรรยากาศรอบ ๆ ใบมีไอน้ำสูงกว่าบริเวณอื่น ๆ เมื่อเป็นเช่นนี้จะทำให้อัตราของการคายน้ำต่ำลงไป
5.ความอุดมสมบูรณ์ของน้ำในดิน ถ้าในดินมีน้ำมากหรือดินแฉะ และสภาพอื่น ๆ ก็เหมาะสมกับการคายน้ำ น้ำในดินจะถูกดูดและลำเลียงไปยังใบได้มากและตลอดเวลาก็จะทำให้ใบคายน้ำได้มาก แต่ถ้าน้ำในดินน้อยหรือดินแห้ง แม้ว่าสภาพอื่น ๆ จะเหมาะสมกับการคายน้ำมาก อย่างไรก็ตามการคายน้ำก็เกิดขึ้นได้น้อย เพราะเมื่อดินแห้งก็ไม่มีน้ำที่จะลำเลียงขึ้นไปยังใบ ใบจึงขาดน้ำที่จะระเหยออกไปได้ อนึ่ง สภาพอื่น ๆ ที่เหมาะสมแก่การคายน้ำที่กล่าวถังนั้น ได้แก่ ความสามารถของรากในการดูดน้ำจากดิน อุณหภูมิของดิน ความเข้มข้นของสารละลายในดิน เป็นต้น
6.ความกดดันของบรรยากาศ ในที่ที่มีความกดดันของบรรยากาศต่ำ อากาศจะบางลงและความแน่นน้อย เป็นโอกาสให้ไอน้ำแพร่ออกไปจากใบได้ง่าย อัตราของการคายน้ำก็สูง แต่ถ้าความดันของบรรยากาศสูง ใบก็จะคายน้ำได้น้อยลง
7.ลักษณะและโครงสร้างของใบ ส่วนประกอบและโครงสร้างของใบที่ไม่เหมือนกัน ทำให้การคายน้ำผิดกัน พืชบางชนิดมีปากใบบุ๋มเข้าไปในเนื้อของใบทำให้เกิดเป็นห้องเล็ก ๆ เหมือนปากใบที่เรียกว่า sunken stoma เมื่อไอน้ำระเหยมาก็จะอยู่ในห้องนี้ก่อนที่จะระเหยออกสู่อากาศภายนอก ทำให้ภายในห้องมีความชื้นสูง น้ำจากใบก็จะระเหยยากเข้า เป็นการปรับตัวเองของพืช เพื่อสงวนน้ำเอาไว้ไม่ให้เสียไปมาก เพราะพืชพวกนี้มักขึ้นในที่แห้งแล้ง ซึ่งเรียกว่า Xerophyte (Gr. Xeros=แห้งแล้ง+phyton=พืช ) พวก xerophyte นี้ยังมักมีใบเล็กเพื่อให้มีผิวระเหยน้ำได้น้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้อีกด้วย และบางทีก็อาจจะกลายเป็นหนามไปหมดก็มี ลำต้นจึงมีสีเขียวและมีปากใบแทน แต่ก็เป็นจำนวนน้อยกว่าบนใบมากCuticle และ epidermis มักจะหนาเพื่อช่วยป้องกันน้ำระเหยได้เป็นอย่างดี ส่วนพืชบางชนิดที่ขึ้นอยู่ในที่ชุ่มชื้นหรือในน้ำซึ่งเรียกว่า Hydrophyte (Gr.hydor = น้ำ - phyton = พืช) นั้น มักจะมีปากใบเรียบตามผิว หรือนูนขึ้นมาจากใบอย่างที่เรียกว่า raised stoma และใบมักใหญ่ จึงทำให้มีการคายน้ำออกมามาก เพราะมีเหลือใช้มากมายแล้ว เนื่องจากดูดน้ำส่งขึ้นมาให้ได้ตลอดเวลาไม่จำเป็นต้องสงวนน้ำเอาไว้ พืชที่ขึ้นบนบกที่มีน้ำพอสมควร กล่าวคือ ไม่แห้งหรือแฉะเกินไป ที่เรียกว่า Mesophyte(Gr. Mesos= กึ่งกลาง + phyton = พืช) จะมีลักษณะปานกลางระหว่าง xerophyte กับ hydrophyte เช่น ใบมีขนาดพอสมควร นอกจากส่วนประกอบและโครงสร้างของใบที่ไม่เหมือนกัน ทำให้การคายน้ำผิดกันไปแล้วก็ยังขึ้นอยู่กับจำนวนของปากใบด้วยว่ามีมากน้อยเพียงใด

การคายน้ำของพืชแบ่งเป็น 2 วิธีคือ
1. การคายน้ำในรูปของไอน้ำ เกิดได้ 3 ลักษณะ ดังนี้
1.1 การคายนํ้าทางปากใบ เป็นการคายนํ้าที่เกิดขึ้นมากถึง90%
1.2 การคายน้ำทางผิวใบ บริเวณผิวใบมีคิวทิน ( สารคล้ายขี้ผึง ) เคลือบอยู่จึงทำให้พืชคายน้ำทางผิวใบเพียง10%
1.3 การคายน้ำทางเลนติเซล เป็นการคายน้ำออกทางรอยแตกที่ผิวของลำต้น กิ่ง ที่ เรียกว่า เลนติเซล ซึ่งเกิดขึ้นน้อยมาก
เซลล์ชนิดต่าง ๆ ในเนื้อเยื่อไซเลมและโฟลเอม
2. การคายน้ำในรูปหยดน้ำ ( กัตเตชัน ) เป็นการคายน้ำในรูปหยดน้ำเล็ก ๆ ทางรูเปิดเล็ก ๆ ตามปลายเส้นใบที่ขอบใบที่เรียกว่า โฮดาโธด การคายน้ำนี้เรียกว่า กัจเตชัน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่ออากาศมีความชื้นมาก ๆ อุณหภูมิต่ำและลมสงบ
ที่มาhttp://www.lks.ac.th/student/kroo_aumara/bio01/5.html

กระบวนการระเหย ( Evaporation Process )
การระเหยเกิดขึ้นเมื่อน้ำเปลี่ยนสถานะจากของเหลวกลายเป็นไอ การเปลี่ยนสถานะนี้ต้องใช้พลังงนจำนวนหนึ่ง
เรียกว่าความร้อยแฝงของการกลายเป็นไอ ( latent heat of vaporization ) ในธรรมชาติแหล่งพลังงานนี้ได้แก่รังสีแสงอาทิตย์

การวัดปริมาณการคายน้ำ ( Mesurement of Transpiration )
เนื่องจากไม่สามารถที่จะทำการวัดปริมาณการคายน้ำในพื้นที่จำนวนหนึ่งในธรรมชาติได้คำนวณหรือวัดปริมาณ
การคายน้ำจะจำกัดเฉพาะเกี่ยวกับตัวอย่างเล็กๆ หรือพืชไม่กี่ตันในห้องทดลองเท่านั้น การวัดปริมาณการคายน้ำ
ในห้องทดลองอาจกระทำได้ดังนี้
ก. ทำการปลูกพืชในกระถางซึ่งผิวดินทำการป้องกันการระเหยของน้ำจากดิน นำกระถางที่ปลูกพืชนี้ไปใส่ในภาชนะที่
ปิดทุกด้านไม่ให้ไอน้ำภายในออกไปหรือไม่ให้ไอน้ำจากภายนอกเข้ามาได้เมื่อทิ้งไว้ระยะหนึ่งก็ทำการวัดปริมาณไอน้ำ
ที่เพิ่มขึ้นภายในภาชนะ จำนวนไอน้ำที่เพิ่มขึ้นในภาชนะดังกล่าวก็คือปริมาณไอน้ำที่เกิดจากการคายน้ำนั่นเอง
ข. การวัดปริมาณการคายน้ำส่วนมากใช้เครื่องมือที่เรียกว่า phytometer ซึ่งประกอบด้วยภาชนะบรรจุดินและทำการปลูกพืช
ในภาชนะนี้ ทำการปกคลุมดินเพื่อให้ความชื้นในดินที่หายไปได้เฉพาะเกิดจากการคายน้ำของพืชเท่านั้น จำนวนปริมาณความชื้น
ที่หายไปก็คือ ค่าประมาณของการคายน้ำซึ่งหาได้จาการชั่งน้ำหนักพืชและภาชนะเป็นระยะๆ โดยการพรวนดินและเติมน้ำ
ลงไปในดินพร้อมกับทำการวัดหรือชั่งน้ำหนักดังกล่าวข้างต้น ก็ทำให้สามารถหาปริมาณการคายน้ำของพืชได้ตลอดอายุของพืช


การคายน้ำรวมการระเหย ( Evapotranspiration )

การคายระเหย เป็นคำที่กล่าวถึงน้ำที่ระเหยโดยรวมทั้งที่ผ่านพืช และจากพื้นผิวอื่น ๆ
- การคายน้ำ (transpiration) คือการที่พืชสูญเสียน้ำออกไปในรูปไอน้ำ น้ำที่ระเหยออกจากพืชส่วนใหญ่จะระเหย

สู่บรรยากาศทางปากใบ
- อัตราการคายน้ำ (transpiration ratio) เป็นอัตราส่วนระหว่างน้ำหนักของน้ำที่พืชใช้ทั้งหมดตลอดอายุของพืช ต่อ น้ำหนัก
ของวัตถุแห้งทั้งหมดของพืช
การคายน้ำรวมกับการระเหยเป็นแฟคเตอร์เดียวกันซึ่งเป็นปริมาณการระเหยทั้งหมด ได้แก่การระเหยจากผิวน้ำต่างๆ
จากดิน หิมะ พืชและพื้นผิวอื่นๆรวมกับการคายน้ำของพืช สำหรับการคายน้ำรวมการระเหยหรือ evapotranspiration นั้น
จะต่างกับการใช้น้ำของพืช (consumptive use) กล่าวคือ การใช้น้ำของพืชนอกจากจะรวมการระเหยทั้งหมดและการคายน้ำ
ของพืชแล้ว ยังรวมถึงจำนวนน้ำที่ใช้ในการสร้างเนื้อเยื่อของพืชโดยตรงอีกด้วย ถึงแม้ว่าในด้านวิชาการจะมีความหมาย
แตกต่างกัน แต่ในทางปฏิบัติแล้วความแตกต่างกันนี้แทบไม่มีความหมาย เมื่อเปรียบเทียบกับความคลาดเคลื่อน
อันเกิดจากการวัดดังนั้น โดยปกติจะพิจารณาการคายน้ำรวมการระเหยและการใช้น้ำของพืชเป็นเทอมเดียวกัน
ในการนำเอาการคายน้ำรวมการระเหยไปใช้ในการออกแบบระบบการชลประทาน เพื่อการส่งน้ำไปให้กับพืช
ในช่วงที่ขาดน้ำนั้น ส่วนมากจะเกี่ยวข้องกับการคำนวณหาการคายน้ำรวมการระเหยสูงสุด (potential evapotranspiration)
และการใช้น้ำของพืช (consumptive use) คำว่าการคายน้ำรวมการระเหยสูงสุดซึ่งมีชื่อย่อว่า PET นั้นหมายถึง การคายน้ำ
รวมการระเหยที่เกิดขึ้น ในกรณีที่ความชื้นในดินมีให้กับพืชเต็มที่ตลอดเวลาถ้าหากความชื้นหรือน้ำที่มีให้กับดินน้อยกว่า
การคายน้ำรวมการระเหยสูงสุด น้ำก็จะถูกดึงออกจากดินจนความชื้นลดลงเรื่อยๆในกรณีนี้จะเป็นการคายน้ำรวมการระเหยจริง
หรือเรียกว่า actual evapotranspiration (AET) ซึ่งจะมีอัตราลดลงและต่ำกว่าการคายน้ำรวมการะเหยสูงสุดจนกระทั่งถึงจุดอับเฉา
การคายน้ำรวมการระเหยจริงก็จะหยุด
การวัดหรือการประมาณหาค่าการคายน้ำรวมการระเหยจริงและการคายน้ำรวมการระเหยสูงสุด กระทำได้หลายวิธี
ด้วยกัน และไม่มีวิธีใดวิธีหนึ่งโดยเฉพาะที่สามารถนำไปใช้ได้ดีในทุกๆ วัตถุประสงค์ดังนั้นประเภทของข้อมูลที่ใช้จะต้อง
ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ที่จะนำไปใช้ในการศึกษาทางด้านอุทกวิทยา บางกรณีอาจจะใช้ค่าการคายน้ำรวมการระเหยเฉลี่ยทั้งลุ่มน้ำ
แต่ในบางกรณีอื่นอาจจะสนใจเฉพาะการใช้น้ำของพืชบางชนิดในลุ่มน้ำหรือการเปลี่ยนแปลงการใช้น้ำของพืชเมื่อมี
การเปลี่ยนแปลงพืชที่ปกคลุมลุ่มน้ำ เป็นต้น
ที่มาhttp://pirun.ku.ac.th/~fengvwv/chotiga/Evaporation.html

โครงสร้างและการทำงานของระบบลำเลียงของพืช
โครงสร้างและการทำงานของระบบลำเลียงของพืชประกอบด้วยระบบเนื้อเยื่อท่อลำเลียง (vascular tissue system) ซึ่งเนื้อเยื่อในระบบนี้จะเชื่อมต่อกันตลอดทั้งลำต้นพืช โดยทำหน้าที่ลำเลียงน้ำ สารอนินทรีย์ สารอินทรีย์ และสารละลายที่พืชต้องการนำไปใช้ในการดำเนินกิจกรรมต่างๆ ภายในเซลล์
ระบบเนื้อเยื่อท่อลำเลียงประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ ท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ (xylem) กับท่อลำเลียงอาหาร (phloem)

รูปแสดงภาคตัดขวางของลำต้นพืชใบเลี้ยงคู่และใบเลี้ยงเดี่ยว

รูปแสดงภาคตัดขวางของรากพืชใบเลี้ยงคู่และใบเลี้ยงเดี่ยว

ท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ
ท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ (xylem) เป็นเนื้อเยื่อที่ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำและแร่ธาตุต่างๆ ทั้งสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ โดยท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุประกอบด้วยเซลล์ 4 ชนิด ดังนี้
1. เทรคีด (tracheid) เป็นเซลล์เดี่ยว มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกยาว บริเวณปลายเซลล์แหลม เทรคีดทำหน้าที่เป็นท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุต่างๆ โดยจะลำเลียงน้ำและแร่ธาตุไปทางด้านข้างของลำต้นผ่านรูเล็กๆ (pit) เทรคีดมีผนังเซลล์ที่แข็งแรงจึงทำหน้าที่เป็นโครงสร้างค้ำจุนลำต้นพืช และผนังเซลล์มีลิกนิน (lignin) สะสมอยู่และมีรูเล็กๆ (pit) เพื่อทำให้ติดต่อกับเซลล์ข้างเคียงได้ เมื่อเซลล์เจริญเต็มที่จนกระทั่งตายไป ส่วนของไซโทพลาซึมและนิวเคลียสจะสลายไปด้วย ทำให้ส่วนตรงกลางของเซลล์เป็นช่องว่าง
ส่วนของเทรคีดนี้พบมากในพืชชั้นต่ำ (vascular plant) เช่น เฟิน สนเกี๊ยะ เป็นต้น
2. เวสเซล (vessel) เป็นเซลล์ที่มีขนาดค่อนข้างใหญ่ แต่สั้นกว่าเทรคีด เป็นเซลล์เดี่ยวๆ ที่ปลายทั้งสองข้างของเซลล์มีลักษณะคล้ายคมของสิ่ว ที่บริเวณด้านข้างและปลายของเซลล์มีรูพรุน
ส่วนของเวสเซลนี้พบมากในพืชชั้นสูงหรือพืชมีดอก ทำหน้าที่เป็นท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุต่างๆ จากรากขึ้นไปยังลำต้นและใบ
เทรคีดและเวสเซลเป็นเซลล์ที่มีสารลิกนินมาเกาะที่ผนังเซลล์เป็นจุดๆ โดยมีความหนาต่างกัน ทำให้เซลล์มีลวดลายแตกต่าง กันออกไปหลายแบบ ตัวอย่างเช่น
- annular thickening มีความหนาเป็นวงๆ คล้ายวงแหวน
- spiral thickening มีความหนาเป็นเกลียวคล้ายบันไดเวียน
- reticulate thickening มีความหนาเป็นจุดๆ ประสานกันไปมาไม่เป็นระเบียบคล้ายตาข่ายเล็กๆ
- scalariform thickening มีความหนาเป็นชั้นคล้ายขั้นบันได
- pitted thickening เป็นรูที่ผนังและเรียงซ้อนกันเป็นชั้นๆ คล้ายขั้นบันได
3. ไซเล็มพาเรนไคมา (xylem parenchyma) มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกหน้าตัดกลมรีหรือหน้าตัดหลายเหลี่ยม มีผนังเซลล์บางๆ เรียงตัวกันตามแนวลำต้นพืช เมื่อมีอายุมากขึ้นผนังเซลล์จะหนาขึ้นด้วย เนื่องจากมีสารลิกนิน (lignin) สะสมอยู่ และมีรูเล็กๆ (pit) เกิดขึ้นด้วย ไซเล็มพาเรนไคมาบางส่วนจะเรียงตัวกันตามแนวรัศมีของลำต้นพืช เพื่อทำหน้าที่ลำเลียงน้ำและแร่ธาตุต่างๆ ไปยังบริเวณด้านข้างของลำต้นพืช พาเรนไคมาทำหน้าที่สะสมอาหารประเภทแป้ง น้ำมัน และสารอินทรีย์อื่นๆ รวมทั้งทำหน้าที่ลำเลียงน้ำและแร่ธาตุต่างๆ ไปยังลำต้นและใบของพืช
4. ไซเล็มไฟเบอร์ (xylem fiber) เป็นเซลล์ที่มีรูปร่างยาว แต่สั้นกว่าไฟเบอร์ทั่วๆ ไป ตามปกติเซลล์มีลักษณะปลายแหลม มีผนังเซลล์หนากว่าไฟเบอร์ทั่วๆ ไป มีผนังกั้นเป็นห้องๆ ภายในเซลล์ ไซเล็มไฟเบอร์ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างค้ำจุนและให้ความแข็งแรงแก่ลำต้นพืช

รูปแสดงเนื้อเยื่อที่เป็นส่วนประกอบ
ของท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ

ท่อลำเลียงอาหาร
ท่อลำเลียงอาหาร (phloem) เป็นเนื้อเยื่อที่ทำหน้าที่ลำเลียงอาหารและสร้างความแข็งแรงให้แก่ลำต้นพืช โดยท่อลำเลียงอาหารประกอบด้วยเซลล์ 4 ชนิด ดังนี้
1. ซีพทิวบ์เมมเบอร์ (sieve tube member) เป็นเซลล์ที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอกยาว เป็นเซลล์ที่มีชีวิต ประกอบด้วย ช่องว่างภายในเซลล์ (vacuole) ขนาดใหญ่มาก เมื่อเซลล์เจริญเติบโตเต็มที่แล้วส่วนของนิวเคลียสจะสลายไปโดยที่เซลล์ยังมีชีวิตอยู่ ผนังเซลล์ของซีพทิวบ์เมมเบอร์มีเซลลูโลส (cellulose) สะสมอยู่เล็กน้อย ซีพทิวบ์เมมเบอร์ทำหน้าที่เป็นทางส่งผ่านของอาหารที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช โดยส่งผ่านอาหารไปยังส่วนต่างๆ ของลำต้นพืช
2. คอมพาเนียนเซลล์ (companion cell) เป็นเซลล์พิเศษที่มีต้นกำเนิดมาจากเซลล์แม่เซลล์เดียวกันกับซีพทิวบ์-เมมเบอร์ โดยเซลล์ต้นกำเนิด 1 เซลล์จะแบ่งตัวตามยาวได้เซลล์ 2 เซลล์ โดยเซลล์หนึ่งมีขนาดใหญ่ อีกเซลล์หนึ่งมีขนาดเล็ก เซลล์ขนาดใหญ่จะเจริญเติบโตไปเป็นซีพทิวบ์เมมเบอร์ ส่วนเซลล์ขนาดเล็กจะเจริญเติบโตไปเป็นคอมพาเนียนเซลล์ คอมพาเนียนเซลล์เป็นเซลล์ขนาดเล็กที่มีรูปร่างผอมยาว มีลักษณะเป็นเหลี่ยม ส่วนปลายแหลม เป็นเซลล์ที่มีชีวิต มีไซโทพลาซึมที่มีองค์ประกอบของสารเข้มข้นมาก มีเซลลูโลสสะสมอยู่ที่ผนังเซลล์เล็กน้อย และมีรูเล็กๆ เพื่อใช้เชื่อมต่อกับซีพทิวบ์เมมเบอร์
คอมพาเนียนเซลล์ทำหน้าที่ช่วยเหลือซีพทิวบ์เมมเบอร์ให้ทำงานได้ดีขึ้นเมื่อเซลล์มีอายุมากขึ้น เนื่องจากเมื่อซีพทิวบ์เมมเบอร์มีอายุมากขึ้นนิวเคลียสจะสลายตัวไปทำให้ทำงานได้น้อยลง
3. โฟลเอ็มพาเรนไคมา (phloem parenchyma) เป็นเซลล์ที่มีชีวิต มีผนังเซลล์บาง มีรูเล็กๆ ที่ผนังเซลล์ โฟลเอ็มพาเรนไคมาทำหน้าที่สะสมอาหารที่ได้จากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช ลำเลียงอาหารไปยังส่วนต่างๆ ของพืช และเสริมความแข็งแรงให้กับท่อลำเลียงอาหาร
4. โฟลเอ็มไฟเบอร์ (phloem fiber) มีลักษณะคล้ายกับไซเล็มไฟเบอร์ มีรูปร่างลักษณะยาว มีหน้าตัดกลมหรือรี โฟลเอ็มไฟเบอร์ทำหน้าที่ช่วยเสริมความแข็งแรงให้กับท่อลำเลียงอาหาร และทำหน้าที่สะสมอาหารให้แก่พืช


รูปแสดงเนื้อเยื่อที่เป็นส่วนประกอบของท่อลำเลียงอาหาร

การทำงานของระบบการลำเลียงสารของพืช
ระบบลำเลียงของพืชมีหลักการทำงานอยู่ 2 ประการ คือ
1. ลำเลียงน้ำและแร่ธาตุผ่านทางท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ (xylem) โดยลำเลียงจากรากขึ้นไปสู่ใบ เพื่อนำน้ำและแร่ธาตุไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง
2. ลำเลียงอาหาร (น้ำตาลกลูโคส) ผ่านทางท่อลำเลียงอาหาร (phloem) โดยลำเลียงจากใบไปสู่ส่วนต่างๆ ของพืช เพื่อใช้ในการสร้างพลังงานของพืช
การลำเลียงสารของพืชมีความเกี่ยวข้องกับกระบวนต่างๆ อีกหลายกระบวนการ ซึ่งต้องทำงานประสานกันเพื่อให้การลำเลียงสารของพืชเป็นไปตามเป้าหมาย
ระบบลำเลียงของพืชเริ่มต้นที่ราก บริเวณขนราก (root hair) ซึ่งมีขนรากมากถึง 400 เส้นต่อพื้นที่ 1 ตารางมิลลิเมตร โดยขนรากจะดูดซึมน้ำโดยวิธีการที่เรียกว่า การออสโมซิส (osmosis) และวิธีการแพร่แบบอื่นๆ อีกหลายวิธี น้ำที่แพร่เข้ามาในพืชจะเคลื่อนที่ไปตามท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ (xylem) เพื่อลำเลียงต่อไปยังส่วนต่างๆ ของพืช
เมื่อน้ำและแร่ธาตุต่างๆ เคลื่อนที่ไปตามท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุและลำเลียงไปจนถึงใบ ใบก็จะนำน้ำและแร่ธาตุนี้ไปใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เมื่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงดำเนินไปเรื่อยๆ จนได้ผลิตภัณฑ์เป็นน้ำตาล น้ำตาลจะถูกลำเลียงผ่านทางท่อลำเลียงอาหาร (phloem) ไปตามส่วนต่างๆ เพื่อเป็นอาหารของพืช และลำเลียงน้ำตาลบางส่วนไปเก็บสะสมไว้ที่ใบ ราก และลำต้น

รูปแสดงระบบการลำเลียงสารของพืช

การแพร่ (diffusion) เป็นการเคลื่อนที่ของสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นมากกว่าไปสู่บริเวณที่มีความเข้มข้นน้อยกว่า
การออสโมซิส (osmosis) เป็นการแพร่ของน้ำจากบริเวณที่มีน้ำมากกว่า (สารละลายเจือจาง) ไปสู่บริเวณที่มีน้ำน้อยกว่า (สารละลายเข้มข้น)
การทำงานของระบบลำเลียงสารของพืชต้องใช้วิธีการแพร่หลายชนิด โดยมีท่อลำเลียงน้ำและแร่ธาตุ (xylem) และท่อลำเลียงอาหาร (phloem) เป็นเส้นทางในการลำเลียงสารไปยังลำต้น ใบ กิ่ง และก้านของพืช
http://www.maceducation.com/e-knowledge/2412212100/07-6.JPG

การรลำเลียงน้ำของพืช

การรลำเลียงน้ำของพืช

พืชที่ไม่มีท่อลำเลียง เช่น มอส มักจะมีขนาดเล็กและเจริญในบริเวณที่มีความชื้นสูงมีร่มเงาเพียงพอ
เซลล์ทุกเซลล์ได้รับน้ำอย่างทั่วถึงโดยการแพร่จากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง ส่วนพืชที่มีขนาดใหญ่จะใช้วิธีการ
เช่นเดียวกับมอสไม่ได้ จำเป็นต้องมีท่อลำเลียงจากรากขึ้นไปเลี้ยงเซลล์ที่อยู่ปลายยอด

โดยปกติแล้วสารละลายภายในเซลล์ขนรากมีความเข้มข้นสูงกว่าภายนอก ดังนั้นน้ำในดินก็จะแพร่ผ่าน
เยื่อหุ้มเซลล์เข้าสู่เซลล์ที่ผิวของราก การเคลื่อนที่ของน้ำในดินเข้าสู่รากผ่านชั้นคอร์เทกซ์ของรากไปจนถึงชั้น
เอนโดเดอร์มิสได้โดยน้ำจะผ่านจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งทางผนังเซลล์หรือผ่านทางช่องว่างระหว่างเซลล์
์เรียกเส้นทางของการเคลื่อนที่แบบนี้ว่า อโพพลาส (apoplast) ส่วนการเคลื่อนที่ของน้ำผ่านเซลล์หนึ่งสู่เซลล์หนึ่ง
ทางไซโทพลาซึม ที่เรียกว่าพลาสโมเดสมาเข้าไปในเซลล์เอนโดเดอร์มิส ก่อนเข้าสู่ไซเลมเรียกการเคลื่อนที่แบบนี้ว่า
ซิมพลาส (symplast) เมื่อน้ำเคลื่อนที่มาถึงผนังเซลล์เอนโดเดอร์มิสที่มีแคสพาเรียนสตริพกั้นอยู่ แคสพาเรียนสติพ
ป้องกันไม่ให้น้ำผ่านผนังเซลล์เข้าไปในไซเลม ดังนั้นน้ำจึงต้องผ่านทางไซโทพลาซึมจึงจะเข้าไปในไซเลมได้

ถ้าลองตัดลำต้นของพืชบางชนิด เช่น มะเขือเทศ พุทธรักษา หรือกล้วยที่ปลูกในที่มีน้ำชุ่มให้เหลือลำต้นสูง
จากพื้นดินประมาณ 4-5 เซนติเมตร แล้วสังเกตตรงบริเวณรอยตัดของลำต้น ส่วนที่ติดกับรากจะเห็นของเหลว
ซึมออกมา เนื่องจากในไซเลมของรากมีแรงดัน เรียกว่า แรงดันราก (root pressure) การเคลื่อนที่ของน้ำเข้าสู่ไซเลม
ของรากทำให้เกิดแรงดันขึ้นในไซเลม ในพืชที่ได้รับน้ำอย่างพอเพียงและอยู่ในสภาพอากาศที่มีความชื้นสูง เช่น
เวลากลางคืน หรือเช้าตรู่ แรงดันรากมีประโยชน์ในการช่วยละลายฟองอากาศในไซเลมที่อาจเกิดขึ้นในช่วงเวลา
กลางวัน แต่ในสภาพอากาศร้อนและแห้งในเวลากลางวันพืชมีการคายน้ำมากขึ้นจะเกิดแรงดึงของน้ำในท่อไซเลมทำให้
ไม่พบแรงดันราก การสูญเสียน้ำจากใบโดยการคายน้ำเกิดขึ้นเนื่องจากความแตกต่างระหว่างปริมาณไอน้ำในบรรยากาศ
และไอน้ำในช่องว่างภายในใบ การลำเลียงน้ำในท่อไซเลมนั้นเกิดขึ้นเนื่องจากมีแรงดึงน้ำที่อยู่ในท่อไซเลมให้ขึ้นมา
ทดแทนน้ำที่พืชคายออกสู่บรรยากาศ แรงดึงนี้จะถูกถ่ายทอดไปยังรากทำให้รากดึงน้ำจากดินเข้ามาในท่อไซเลมได้เนื่อง
จากน้ำมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของน้ำด้วยกันเอง เรียกว่า โคฮีชัน (cohetion) สามารถที่จะดึงน้ำเข้ามาในท่อไซเลม
ได้โดยไม่ขาดตอน นอกจากนี้ยังมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของน้ำกับผนังของท่อไซเลม เรียกว่า แอดฮีชัน (adhesion) เมื่อพืชคายน้ำมากจะทำให้น้ำระเหยออกไปมากด้วย ดังนั้นน้ำในไซเลมจึงสามารถเคลื่อนที่และส่งต่อไปยัง
ส่วนต่างๆของพืชได้ ไม่ว่าจะเป็นลำต้น ใบ หรือยอด รากก็จะเกิดแรงดึงน้ำจากดินเข้าสู่ท่อไซเลมได้ แรงดึงเนื่องจากการ
สูญเสียน้ำนี้เรียกว่า แรงดึงจากการคายน้ำ (transpiration pull)
ที่มาhttp://nd-biology.tripod.com/mysite/nd_biology_08.html

ข้อดีข้อเสีย

ในการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์นั้น ปัจจัยสำคัญที่สุดที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชคือน้ำและธาตุอาหาร เนื่องจากเป็นปัจจัยที่ผู้ปลูกจัดหาให้แก่พืชโดยตรงโดยการเตรียมสารละลายธาตุอาหาร สามารถควบคุมปริมาณธาตุอาหารแต่ละชนิดให้เหมาะสมต่อความต้องการของพืชแต่ละชนิดได้ โดยทั่วไปธาตุอาหารที่พืชต้องการมีทั้งสิ้น 16 ธาตุ ซึ่ง 3 ธาตุ ได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน ได้จากน้ำและอากาศ ส่วนอีก 13 ธาตุจะแบ่งเป็น 2 กลุ่มตามปริมาณที่พืชต้องการ คือ

1. ธาตุที่พืชต้องการในปริมาณมากหรือมหธาตุ (macronutrient elements) คือธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตและพืชมีความต้องการในปริมาณมากเมื่อเทียบกับธาตุอื่นๆ มีทั้งหมด 6 ธาตุ ได้แก่

1.1 ไนโตรเจน (N) เป็นธาตุสำคัญและมีความจำเป็นอย่างยิ่งในการเจริญเติบโตของพืชเพราะไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบของกรดอมิโน โปรตีน นิวคลีโอไทด์ และคลอโรฟิลล์ ซึ่งสารเหล่านี้เป็นสารประกอบที่สำคัญมากต่อขบวนการเมตาโบลิซิมของพืช พืชที่ได้รับไนโตรเจนเพียงพอจะเจริญเติบโตดี มีใบสีเขียวเข้ม ในพืชผัก ไนโตรเจนมีส่วนสำคัญในการเพิ่มคุณภาพ เพราะเป็นตัวทำให้ผักมีลักษณะอวบน้ำ พืชผักรับประทานต้นหรือใบจึงต้องการไนโตรเจนสูง เพื่อให้ต้นและใบมีความกรอบ มีกากหรือเส้นใยน้อย ซึ่งเป็นลักษณะที่ผู้บริโภคต้องการ ไนโตรเจนที่เป็นประโยชน์ต่อพืชจะอยู่ในรูปแอมโมเนียมอิออน (NH4+) และไนเตรทอิออน (NO3-) แต่ไนโตรเจนส่วนใหญ่ในสารละลายจะอยู่ในรูปไนเตรทอิออน เพราะแอมโมเนียมอิออนในปริมาณมากจะเป็นอัตรายต่อพืชได้ ในการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ ควรมีสัดส่วนที่เหมาะสมระหว่างแอมโมเนียมอิออนและไนเตรทอิออน ปริมาณแอมโมเนียมอิออนไม่ควรเกินร้อยละ 50 ของความเข้มข้นของไนโตรเจนทั้งหมดในสารละลาย แต่สัดส่วนที่เหมาะสมมักใช้ไนเตรทอิออนร้อยละ 75 และแอมโมเนียมอิออนร้อยละ 25 สารเคมีที่ให้ไนเตรทอิออน คือ แคลเซี่ยมไนเตรท และโพแทสเซี่ยมไนเตรท

1.2 ฟอสฟอรัส (P) ฟอสฟอรัสมีหน้าที่เกี่ยวกับการถ่ายเทพลังงาน ซึ่งเป็นกระบวนการทางสรีรวิทยาที่สำคัญมาก พลังงานที่ได้จากการสังเคราะห์แสงและเมตาโบลิซิมของสารประกอบคาร์โบไฮเดรตจะถูกเก็บไว้ในรูปของสารประกอบฟอสเฟต (อะดิโนซีน ไตรฟอสเฟต, ATP) สำหรับใช้ในการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของพืช นอกจากนั้นฟอสฟอรัสยังเป็นส่วนประกอบของนิวคลีโอไทด์และไลปิดอีกด้วย ในแง่การเจริญเติบโตของพืช ฟอสฟอรัสทำให้การแบ่งเซลล์และการพัฒนาของส่วนที่เจริญเติบโตของพืช (ยอดและราก) เป็นไปได้ดี ฟอสฟอรัสยังช่วยให้พืชออกดอกและแก่เร็ว ทำให้พืชมีความแข็งแรงและต้านทานต่อโรคแมลง สำหรับพืชผัก ฟอสฟอรัสทำให้พืชตั้งตัวได้เร็ว โดยเฉพาะระยะแรกๆ ของการเจริญเติบโต ฟอสฟอรัสยังมีส่วนในการทำให้พืชผักเก็บเกี่ยวได้เร็วและมีรสชาติดีขึ้นด้วย รูปของฟอสฟอรัสที่พืชนำไปใช้ได้คือ โมโนไฮโดรเจนฟอสเฟต (HPO42-) และ ไดไฮโดรเจนฟอสเฟต (H2PO4-) ส่วนจะอยู่ในรูปไหนมากกว่ากันขึ้นกับค่า pH ของสารละลายในขณะนั้น ในการปลูกพืชในดินมักมีปัญหาความเป็นประโยชน์ของธาตุฟอสฟอรัสเมื่อ pH ไม่เหมาะสม เช่นถ้า pH ต่ำฟอสฟอรัสจะทำปฏิกริยากับเหล็กและอลูมิเนียม แต่ถ้า pH สูงฟอสฟอรัสจะทำปฏิกริยากับแคลเซียมและแมกนีเซียม ทำให้ความเป็นประโยชน์ของฟอสฟอรัสลดลง แต่ในการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์จะไม่เกิดปัญหานี้เนื่องจากสามารถควบคุมปริมาณธาตุอาหารและ pH ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมได้

1.3 โพแทสเซียม (K) โพแทสเซี่ยมไม่ได้เป็นองค์ประกอบในโครงสร้างของสารประกอบอินทรีย์ในพืช แต่มีหน้าที่เกี่ยวกับการทำงานด้านสรีรวิทยาของพืช เป็นธาตุจำเป็นในการสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต และการเคลื่อนย้ายแป้งและน้ำตาลในพืช จึงเป็นธาตุที่จำเป็นมากต่อพืชผักประเภทหัว นอกจากนี้โพแทสเซียมยังควบคุมการปิดเปิดของปากใบ และกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ ในพืชผักรับประทานต้นและใบ มีความต้องการโพแทสเซียมไม่น้อยกว่าไนโตรเจน เพราะเป็นธาตุที่ช่วยส่งเสริมคุณภาพ เช่น ช่วยให้กระหล่ำปลีห่อหัวได้ดี น้ำหนักดี มีเนื้อแน่นและเป็นเงาน่ารับประทาน ส่วนผักกาดต่างๆ ที่รับประทานใบถ้าได้รับโพแทสเซียมเพียงพอจะไม่เฉาง่ายเมื่อตัดส่งตลาด จึงสดอยู่ได้นาน ในพืชผักกินผลเช่นมะเขือเทศ ความต้องการโพแทสเซียมจะสูงในช่วงที่มีการพัฒนาของผล รูปของโพแทสเซี่ยมที่พืชนำไปใช้ได้คือ โพแทสเซียมอิออน (K+) แต่ถ้ามีโพแทสเซียมมากเกินไปจะรบกวนการนำแคลเซียมและแมกนีเซียมไปใช้ สารเคมีที่ให้โพแทสเซียมมีอยู่หลายตัว เช่น โพแทสเซียมไนเตรท และโพแทสเซียมฟอสเฟต

1.4 แคลเซียม (Ca) แคลเซียมเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของผนังเซลล์ หน้าที่หลักภายในพืชจึงเกี่ยวข้องกับความแข็งแรงของเนื้อเยื่อและเซลล์พืช นอกจากนั้นยังมีบทบาทในการกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์อีกด้วย การดูดใช้แคลเซียมของพืชจะขึ้นกับอิออนตัวอื่นในสารละลาย โดยเฉพาะเมื่อมีไน เตรทจะทำให้ดูดใช้แคลเซียมได้ดีขึ้น รูปที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้ คือแคลเซียมอิออน (Ca2+) แหล่งแคลเซียมที่ดีที่สุดคือ แคลเซียมไนเตรท เนื่องจากละลายง่าย ราคาไม่แพง อีกทั้งยังให้ธาตุไนโตรเจนได้ด้วย ความเข้มข้นของแคลเซียมที่มากเกินไปจะมีผลต่อการนำโพแทสเซียมและแมกนีเซียมมาใช้

1.5 แมกนีเซียม (Mg) แมกนีเซียมเป็นองค์ประกอบของคลอโรฟิลล์ นอกจากนี้ยังมีบทบาทในในการดูดซึมธาตุอาหาร และการเคลื่อนย้ายธาตุอาหารของพืชโดยเฉพาะอย่างยิ่งฟอสเฟต แมกนีเซียมที่พืชสามารถนำไปใช้ได้อยู่ในรูป แมกนีเซียมอิออน (Mg2+) สารเคมีที่ใช้เป็นแหล่งแมกนีเซียมคือ แมกนีเซียมซัลเฟต ในการเตรียมสารละลายสำหรับปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ จะต้องระวังในเรื่องปริมาณแมกนีเซียมเพราะแมกนีเซียมที่มากเกินไปจะรบกวนการนำโพแทสเซียมและแคลเซียมมาใช้

1.6 กำมะถัน (S) กำมะถันเป็นธาตุที่เป็นองค์ประกอบของพืชมากพอๆ กับฟอสฟอรัสแต่พืชแต่ละชนิดจะมีกำมะถันในปริมาณต่างกัน พืชตระกูลถั่ว หอม กระหล่ำปลี หน่อไม้ฝรั่ง กระเทียม ต้องการกำมะถันเพื่อเพิ่มกลิ่นและรสชาติให้ดีขึ้น กำมะถันมีหน้าที่เกี่ยวข้องกับการสร้างโปรตีนและกรดอมิโนบางชนิดที่มีกำมะถันเป็นองค์ประกอบเช่น ซิสเทอีน (cysteine) และ เมทไธโอนีน (methionine) นอกจากนั้นกำมะถันยังมีผลทางอ้อมต่อการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ของพืชด้วย รูปของกำมะถันที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้คือ ซัลเฟตอิออน (SO42-) ซึ่งในการเตรียมสารละลายธาตุอาหารมักมีส่วนประกอบของเกลือซัลเฟตหลายชนิดอยู่ เช่น แมกนีเซียมซัลเฟต แคลเซียมซัลเฟต เป็นต้น พืชที่ปลูกในสารละลายจึงมักไม่ขาดธาตุนี้

2. ธาตุที่ต้องการในปริมาณน้อยหรือจุลธาตุ (micronutrient element) คือธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืชแต่พืชต้องการในปริมาณน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับธาตุอื่นๆ ในการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์จะต้องระมัดระวังการควบคุมปริมาณธาตุกลุ่มนี้เป็นพิเศษกว่าธาตุในกลุ่มมหธาตุ เพราะความเข้มข้นระหว่างความเป็นพิษและการขาดมีระยะค่อนข้างแคบ นอกจากนั้นการประเมินอาการขาดทำได้ค่อนข้างยากอีกด้วย การแก้ปัญหาการขาดจุลธาตุทำได้ง่ายกว่าการแก้ปัญหาความเป็นพิษ เมื่อเกิดอาการเป็นพิษขึ้นมักจะต้องปลูกใหม่ ความเป็นประโยชน์ของธาตุอาหารกลุ่มนี้ขึ้นกับค่า pH ของสารละลายและการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของธาตุอาหารหลักบางธาตุ เช่น ฟอสฟอรัส ดังนั้นการควบคุม pH ของสารละลายและความเข้มข้นของธาตุอาหารจึงเป็นเรื่องสำคัญ ธาตุที่พืชต้องการในปริมาณน้อยนี้มีอยู่ 7 ธาตุ ได้แก่

2.1 เหล็ก (Fe) เป็นธาตุที่ไม่ค่อยมีการเคลื่อนย้ายในพืช ในพืช เหล็กเป็นส่วนประกอบของเฟอริดอกซิน (ferridoxin) ซึ่งเป็นสารสำคัญในขบวนการถ่ายทอดอิเล็กตรอนของพืช นอกจากนั้นยังเป็นองค์ประกอบของคลอโรฟิลล์ รูปที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ คือเฟอรัสอิออน (Fe2+) และเฟอริกอิออน (Fe3+) สารเคมีที่ให้ธาตุเหล็กและมีราคาถูก คือ เฟอรัสซัลเฟต (FeSO4) ซึ่งละลายน้ำได้ง่ายแต่จะตกตะกอนเร็วจึงต้องระวังในเรื่อง pH ของสารละลาย จึงนิยมใช้เหล็กในรูปคีเลต ซึ่งเป็นสารประกอบอินทรีย์ สามารถคงตัวอยู่ในรูปสารละลายธาตุอาหารพืชและพืชก็สามารถนำไปใช้ได้ดี

2.2 แมงกานีส (Mn) เป็นธาตุที่มีบทบาทสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสง และการทำงานร่วมกับธาตุอื่น เช่น เหล็ก แคลเซี่ยม และแมกนีเซียม ความเป็นประโยชน์ของแมงกานีสจะถูกคววบคุมโดยค่า pH ของสารละลาย รูปที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้คือ แมงกานีสอิออน (Mn2+)

2.3 สังกะสี (Zn) เป็นธาตุจำเป็นต่อการสังเคราะห์ IAA ซึ่งเกี่ยวข้องกับการขยายตัวของเซลล์ มีบทบาทสำคัญต่อการทำงานของเอนไซม์หลายชนิด และยังมีบทบาทในการสร้างแป้งของพืชด้วย รูปที่พืชสามรถนำไปใช้ได้ คือ ซิงค์อิออน (Zn2+) ที่อาจได้จากซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4) หรือซิงค์คลอไรด์ (ZnCl2)

2.4 ทองแดง (Cu) แต่เป็นธาตุที่มีความจำเป็นเนื่องจากเป็นองค์ประกอบของโปรตีน ช่วยในกระบวนการหายใจ และส่งเสริมให้พืชนำเหล็กมาใช้ประโยชน์ได้มากขึ้น รูปที่เป็นประโยชน์ต่อพืชคือ คอปเปอร์อิออน (Cu2+) ที่อาจได้จากคอปเปอร์ซัลเฟต (CuSO4) หรือคอปเปอร์คลอไรด์ (CuCl2)

2.5 โบรอน (B) หน้าที่ของโบรอนในพืชยังไม่ทราบแน่ชัด แต่เชื่อกันว่าโบรอนมีความสำคัญต่อการสังเคราะห์และเคลื่อนย้ายคาร์โบไฮเดรต การสร้างกรดอมิโนและโปรตีน การงอกและการเจริญเติบโตของละอองเกสรตัวผู้ และกิจกรรม ต่างๆ ของเซลล์ เช่น การแบ่งเซลล์ การขยายตัวของเซลล์ การเจริญเติบโตของเซลล์ นอกจากนั้นโบรอนยังมีอิทธิพลต่อสัดส่วนการดูดใช้ธาตุที่มีประจุบวก (cations) และธาตุที่มีประจุลบ (anions) ของพืชโดยจะส่งเสริมให้มีการดูดใช้ธาตุที่มีประจุบวกได้ดีขึ้น และธาตุที่มีประจุลบลดลง ที่เด่นชัดคือการดูดใช้แคลเซี่ยมจะดีขึ้นถ้ามีโบรอนเพียงพอ รูปที่เป็นประโยชน์สำหรับพืชคือโบเรตอิออน (BO33-) ซึ่งมีในน้ำธรรมชาติ หรือได้จากการเติมกรดบอริก (H3BO3)

2.6 โมลิบดินัม (Mo) เป็นองค์ประกอบที่สำคัญของเอนไซม์ 2 ชนิด คือไนโตรจีเนส (nitrogenese) ซึ่งสำคัญต่อการตรึงไนโตรเจนจากอากาศ และไนเตรทรีดักเตส (nitrate reductase) ซึ่งเกี่ยวข้องกับการรีดิวส์ไนเตรทให้เป็นไนไตรท์ พืชสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ในรูปโมลิบเดตอิออน (MoO42-) ซึ่งอาจได้จากสารแอมโมเนียมโมลิบเดต หรือ โซเดียมโมลิบเดต

2.7 คลอรีน (Cl) ถ้าความเข้มข้นสูงกว่าร้อยละ 1 ส่วนใหญ่จะเป็นพิษต่อพืช บทบาทภายในพืชยังไม่ทราบแน่ชัด แต่ถ้าขาดคลอรีนพืชจะเหี่ยวง่าย ในน้ำจะมีคลอรีนอยู่ในรูปคลอไรด์อิออน (Cl-) ซึ่งเป็นรูปที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้ ถ้ามีปริมาณมากเกินไปจะไปยับยั้งการนำธาตุที่อยู่ในรูปประจุลบตัวอื่นๆ มาใช้ประโยชน์

นอกจากธาตุต่างๆ ที่กล่าวมาแล้ว ยังมีธาตุอีกหลายชนิดที่คาดว่าเป็นประโยชน์ต่อพืช แต่ยังไม่ทราบบทบาทแน่ชัด เช่น โซเดียม (Na), ซิลิกอน (Si), นิเกิล (Ni), และเวเนเดียม (V) เป็นต้น

การประยุกต์ใช้ระบบไฮโดรโปนิกส์ปลูกพืชเชิงพาณิชย์เริ่มขึ้นเมื่อ William F.Gericke ประสบความสำเร็จ ในการปลูกมะเขือเทศในสารละลายธาตุอาหารแทนการปลูกในดิน จากนั้นจึงมีการพัฒนาเทคนิคต่างๆ จนมีการนำระบบนี้ไปใช้แพร่หลายเกือบทั่วโลก โดยเฉพาะในประเทศพัฒนาที่พื้นที่ทำการเกษตรมีน้อยลง เนื่องจากการพัฒนาประเทศและการขยายตัวของชุมชน สำหรับประเทศไทย การปลูกพืชด้วยวิธีนี้ได้มีการศึกษาวิจัยกันมากว่า 30 ปีแล้ว แต่เพิ่งมีการดำเนินการเป็นเชิงพาณิชย์ในระยะไม่เกิน 10 ปีที่ผ่านมา การปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์แม้จะมีข้อดีในแง่ต่างๆ เช่น ปลูกพืชได้ต่อเนื่องตลอดปี ปลูกได้แม้ไม่มีพื้นที่ปลูกพืช หรือพื้นที่ที่มีไม่เหมาะสมต่อการปลูกพืช พืชที่ปลูกเจริญเติบโตเร็ว ให้ผลผลิตสูง สม่ำเสมอ คุณภาพดี ใช้แรงงานและสารเคมีป้องกันกำจัดศัตรูพืชน้อยลง แต่ก็มีข้อเสียตรงที่ต้องใช้ทุนเริ่มต้นสูง ต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูง ผู้ปลูกจึงต้องมีความรู้ความเข้าใจเป็นอย่างดี นอกจากข้อจำกัดในเรื่องต้นทุนและเทคโนโลยีที่ใช้แล้ว กรณีเกิดโรคระบาดขึ้นจะควบคุมได้ยากเนื่องจากเชื้อสามารถแพร่กระจายได้อย่างรวดเร็ว เช่นเดียวกับพืชที่ปลูกด้วยวิธีดั้งเดิม การเจริญเติบโตของพืชที่ปลูกด้วยระบบไฮโดรโปนิกส์ ควบคุมโดยปัจจัยพื้นฐานหลักๆ 3 ปัจจัย ได้แก่ พันธุกรรม สารควบคุมการเจริญเติบโต และสิ่งแวดล้อม ซึ่งปัจจัยที่ผู้ปลูกสามารถควบคุมได้และเป็นตัวกำหนดความสำเร็จในการปลูกพืชด้วยวิธีนี้ คือสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเรื่องธาตุอาหาร
ที่มาhttp://www.doae.go.th/library/html/detail/hydroponic/hydro_2.htm

การประยุกต์ใช้ระบบการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์อย่างจริงจังเริ่มขึ้นระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 2 เช่น กองทัพสหรัฐอเมริกาซึ่งตั้งฐานทัพอยู่ในประเทศญี่ปุ่น สภาพพื้นที่เป็นหินไม่เหมาะต่อการปลูกพืช ได้มีการนำการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์มาใช้ปลูกพืชผักเลี้ยงกองทัพ โดยปลูกภายในโรงเรือนและใช้กรวดเป็นวัสดุปลูก แม้หลังจากสงครามโลกครั้งที่ 2 ยุติลง กองทัพอเมริกันที่ยึดครองประเทศญี่ปุ่นก็ยังคงใช้วิธีนี้ผลิตพืชผัก กองทัพเรืออังกฤษซึ่งมีที่ตั้งอยู่ตามเกาะห่างไกล ในมหาสมุทรแปซิฟิก และมีหลายแห่งที่พื้นที่ไม่เอื้ออำนวยต่อการปลูกพืช แต่กองทัพต้องการพืชผักเป็นอาหารสำหรับกำลังพล จึงได้มีการนำการปลูกพืชด้วยวิธีนี้มาใช้เช่นกัน (ถวัลย์, 2534)

ปัจจุบันการปลูกพืชด้วยระบบไฮโดรโปนิกส์ได้พัฒนาไปมาก โดยทั่วไปในประเทศพัฒนามักทำการปลูกภายใต้เรือนกระจก มีการควบคุมสภาพแวดล้อม การผลิตเป็นอุตสาหกรรมขนาดใหญ่จะใช้คอมพิวเตอร์ควบคุมระบบต่างๆ การเพาะกล้า และการย้ายกล้าลงปลูกในระบบจะเป็นแบบอัตโนมัติหรือกึ่งอัตโนมัติ ระบบที่นิยมใช้จะแตกต่างกัน เช่น ประเทศในแถบยุโรปจะนิยมใช้nutrient film technique (NFT) สหรัฐอเมริกานิยมใช้ระบบน้ำไม่ไหลเวียน (non-circulating system) (บริษัท ที เอ บี วิจัยและพัฒนาจำกัด, 2540) ในออสเตรเลียจะใช้ทั้ง 2 ระบบ

สำหรับประเทศในแถบเอเซีย ญี่ปุ่นเป็นชาติแรกที่นำการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์มาใช้ เป็นเชิงพาณิชย์ โดยเริ่มจากที่กองทัพสหรัฐอเมริกาซึ่งเข้ายึดครองประเทศญี่ปุ่นช่วงหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 นำเทคนิคนี้มาใช้ปลูกพืชผักเพื่อเป็นอาหาร หลังจากนั้นในปี ค.ศ. 1960 ได้มีการพัฒนาเทคนิคการปลูกพืชในกรวด (gravel culture) ขึ้น นับเป็นเทคนิคการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์แบบแรกที่พัฒนาขึ้นโดยชาวญี่ปุ่น (บริษัท ที เอ บี วิจัยและพัฒนาจำกัด, 2540) หลังจากนั้นก็มีการพัฒนาเรื่อยมาจนปัจจุบันประเทศญี่ปุ่นมีเทคนิคต่างๆ กว่า 30 แบบ ถือเป็นประเทศที่มีความก้าวหน้าที่สุดในการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ในเอซีย การปลูกผักด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ในญี่ปุ่นพัฒนาอย่างรวดเร็วเนื่องจากการเจริญของเมืองและราคาที่ดินที่สูงขึ้น ทำให้การทำการเกษตรด้วยระบบดั้งเดิมถูกจำกัดโดยราคาที่ดิน (Tokuda, 1993) พืชที่นิยมปลูกด้วยวิธีนี้คือ มะเขือเทศ แตงกวา และ Japanese hornwort เนื่องจากเป็นพืชที่ให้กำไรมาก ฟาร์มไฮโดรโปนิกส์ในญี่ปุ่นที่ประสบความสำเร็จมักดำเนินการในเรือนกระจกขนาดใหญ่ มีผลผลิตออกสู่ตลาดต่อวันในปริมาณมาก อย่างไรก็ตามมีฟาร์มขนาดเล็กที่ประสบความสำเร็จเช่นกัน ส่วนใหญ่จะเป็นฟาร์มที่ปลูกในโรงเรือนที่มีมาตรฐานสูง ความสำเร็จของการทำฟาร์มไฮโดรโปนิกส์ในญี่ปุ่นขึ้นกับการพัฒนาเพื่อเพิ่มผลผลิตพร้อมๆ กับการลดต้นทุนการผลิต (Kobayashi et al., 1990)

ในไต้หวันมีการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์มาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2512 โดยเริ่มจากการปลูกพืชในกรวดเช่นเดียวกับญี่ปุ่น ในปี 2527 จึงเริ่มมีการปลูกพืชในน้ำ ปัจจุบันมีการพัฒนาเทคนิคต่างๆ ขึ้นหลายเทคนิค แต่ที่แพร่หลายมากที่สุดคือระบบน้ำลึก (deep water) และ NFT อย่างไรก็ตามทั้งสองวิธีก็มีจุดอ่อน โดยที่ในฤดูร้อนซึ่งอากาศแปรปรวนมาก ระบบน้ำลึกมักได้รับปริมาณอ๊อกซิเจนไม่เพียงพอต่อความต้องการของรากพืชแม้จะมีการใช้ปั๊มเพิ่มอ๊อกซิเจนก็ตาม ส่วนระบบ NFT มีปัญหาในเรื่องความแตกต่างของอุณหภูมิในสารละลาย จึงได้มีการพัฒนาระบบของไต้หวันขึ้นเอง คือระบบ dynamic root floating (DRF) ซึ่งเป็นระบบที่สามารถลดความร้อนที่สะสมในเรือนกระจกได้ และมีระบบจัดหาอากาศให้รากอย่างพอเพียง ปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในไต้หวัน ระบบ DRF ของไต้หวันนี้มีองค์ประกอบหลักดังต่อไปนี้ (อิทธิสุนทร, 2542ก)

1. โรงเรือนปลูกพืชมีโครงทำจากท่อเหล็กส่งน้ำขนาด 0.5 และ 0.75 นิ้ว ขนาดโรงเรือนกว้าง 2.13 เมตร สูง 2.1 เมตร ความยาวไม่จำกัด ด้านบนบุด้วยแผ่นพลาสติก PVC ทนแสง UV ด้านข้างบุด้วยตาข่ายพลาสติกกันแมลงและลม ถ้าแสงมากจะพลางแสงด้วยตาข่ายพลางแสงสีดำ พลางแสงได้ร้อยละ 24-30

2. ถาดปลูกพืช ทำจากโฟมขนาดกว้าง 2.01 เมตร ยาว 0.90 เมตร สูง 0.15 เมตร ขึ้นรูปเป็นรางขนาดเล็กให้สารละลายไหล จำนวน 9 ราง ถาดปลูกพืชจะต่อกันออกด้านข้างยาวออกได้ตามจำนวนที่ต้องการ เมื่อใช้ปลูกจะบุภายในด้วยแผ่นพลาสติกสีดำ ด้านบนปิดด้วยแผ่นโฟมเจาะรูเป็นรอยเว้าเข้า จำนวน 80 รู เพื่อเป็นรูปลูกพืช

3. อุปกรณ์ปรับระดับสารละลายในถาดปลูกพืช (nutrient level adjuster) ทำหน้าที่ปรับระดับความสูงของสารละลายในถาดปลูกพืช จะปรับตามอายุพืช เมื่อพืชต้นเล็กสารละลายจะสูง เพื่อให้แน่ใจว่ารากพืชแช่อยู่ในน้ำสารละลาย เมื่อพืชโตขึ้นสารละลายจะลดลง ให้เกิดช่องว่างระหว่างต้นพืชและสารละลาย เพื่อกระตุ้นให้เกิดรากดูดอากาศ อุปกรณ์นี้จะอยู่ในถาดที่รับสารละลายจากถาดปลูกพืชที่อยู่ระดับเดียวกัน และมีท่อ PVC ความสูงต่างๆ ที่สามารถเปลี่ยนความสูงได้เพื่อควบคุมระดับความสูงของสารละลายที่จะไหลลงสู่ถังเก็บสารละลาย ระดับสารละลายในถาดสามารถปรับได้ตั้งแต่ 0-8 เซนติเมตร

4. อุปกรณ์เพิ่มการละลายของอากาศ (aspirator) จะติดตั้งอยู่ระหว่างปั๊มน้ำและท่อนำสารละลายสู่ถาดปลูกพืช อุปกรณ์นี้ประกอบด้วยใบพัดขนาดเล็กอยู่ภายใน มีรูเล็กๆ 2 รูให้อากาศเข้าได้ เมื่อสารละลายไหลผ่าน ใบพัดจะหมุนและตีให้เกิดฟองอากาศ เป็นการเพิ่มการละลายของอากาศในสารละลาย สารละลายนี้จะไหลไปยังท่อนำสารละลายสู่ด้านบนของถาดปลูกพืช ท่อนำสารละลายมีขนาด 0.5 เซนติเมตร เจาะรูขนาดเล็กๆ เพื่อให้สารละลายไหลสู่แต่ละรางของถาดปลูกพืช

ความถี่ในการปั๊มสารละลายในระบบจะควบคุมโดยเครื่องตั้งเวลา โดยมีรอบการหมุนเวียน คือ ในช่วงกลางวัน ปั๊มทำงาน 6 นาที หยุด 24 นาที ส่วนกลางคืน ปั๊มทำงาน 6 นาที หยุด 174 นาที การหมุนเวียนสารละลายเป็นระบบปิด โดยเริ่มจากปั๊มสารละลายจากถังเก็บสารละลายผ่าน aspirator เพื่อเพิ่มอากาศ และผ่านไปยังท่อนำสารละลายในถาดปลูกแล้วพ่นสู่รางออกสู่ปลายรางไปสู่ถาดปรับระดับสารละลายแล้วไหลกลับสู่ถังสารละลายอีกทีหนึ่ง

ในเกาหลีใต้ การศึกษาวิจัยด้านไฮโดรโปนิกส์จะเน้นในเรื่องการพัฒนาเทคนิค การผลิตพืชผักคุณภาพสูง โดยใช้วัสดุอุปกรณ์ที่หาได้ในประเทศ ในเชิงพาณิชย์ พื้นที่การผลิตพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ในเกาหลีใต้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตั้งแต่ปี 1980 เป็นต้นมา เทคนิคที่ใช้มีทั้ง deep flow technique (DFT) nutrient flow technique (NFT) และ aeroponics ร้อยละ 55 ของพืชผักที่ปลูกด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ เป็นผักกาดหอม ร้อยละ 16 เป็นแตงกวา ร้อยละ 13 เป็นมะเขือเทศ และร้อยละ 16 เป็นพืชผักอื่นๆ (บริษัท ที เอ บี วิจัยและพัฒนาจำกัด, 2540)

ในประเทศเพื่อนบ้าน เช่นมาเลเซียมีการวิจัยพบว่าการปลูกพืชโดยวิธีไฮโดรโปนิกส์ต้องลงทุนสูง แต่ระบบเปิด และระบบปิดเทคนิค NFT มีแนวโน้มที่จะนำมาปรับใช้ได้ ในภายหลังการขยายชุมชนเมือง ทำให้พื้นที่ทำเกษตรกรรมลดลงถึงร้อยละ 50 ไม่สามารถขยายพื้นที่ปลูกด้วยการปลูกพืชบนดินได้ ระบบ NFT จึงถูกนำมาใช้เพราะเป็นการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ที่ลงทุนต่ำและปลูกพืชอายุสั้นได้ดี (บริษัท ที เอ บี วิจัยและพัฒนาจำกัด, 2540)

ในอินโดนีเซียแม้ว่าการผลิตพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์จะลงทุนสูงแต่ก็มีการขยายตัวมากขึ้น เนื่องจากมีตลาดของผู้มีรายได้สูงซึ่งต้องการบริโภคผลผลิตที่มีคุณภาพอย่างต่อเนื่องตลอดปี สำหรับประเทศฟิลิปปินส์ การปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ยังจำกัดอยู่ในระดับงานวิจัยเท่านั้น แต่มีความเป็นไปได้ที่จะพัฒนามาใช้ปลูกผักปลอดภัยจากสารพิษเป็นการค้า (บริษัท ที เอ บี วิจัยและพัฒนาจำกัด, 2540)


สำหรับประเทศไทยเพิ่งมีการปลูกพืชด้วยวิธีนี้เป็นเชิงพาณิชย์มาไม่นานและยังไม่แพร่หลายมาก แต่ในระดับงานวิจัยได้มีการศึกษาค้นคว้ากันมากว่า 30 ปีแล้ว โดยการวิจัยเริ่มแรกทำการทดสอบกับพืชผักหลายชนิดที่มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ พบว่าเทคนิคปลูกในสารละลายแบบน้ำลึก (liquid culture, deep water) ประสบความสำเร็จน่าพอใจ แต่ระบบให้น้ำไหลผ่านรากพืชเป็นชั้นบางๆ (nutrient film technique , NFT) ในขณะนั้นยังต้องมีการปรับปรุงและพัฒนา

ในระยะ 10 ปีนี้มีการวิจัยในหลายสถาบัน เช่น ระหว่างปี 2530-2535 ได้มีการศึกษาเพื่อพัฒนาการปลูกพืชไม่ใช้ดิน ณ พระราชวังสวนจิตรลดา เพื่อจะได้นำเทคนิคนี้ไปใช้ในการปลูกพืชในพื้นที่ที่ดินมีปัญหาในการเพาะปลูก การปลูกพืชใช้ระบบวัสดุปลูกรดด้วยน้ำสารละลายธาตุอาหาร โดยใช้กระบะบรรจุสารละลายธาตุอาหารเป็นแปลงปลูก พบว่าสามารถปลูกพืชได้หลายชนิด เช่น พืชผัก ได้แก่ คะน้า กวางตุ้ง กะหล่ำดอก ผักกาดหัว ผักกาดขาว ผักบุ้งจีน ผักกาดหอม คึ่นฉ่าย ผักชี หอมแบ่ง มะเขือ มะเขือเทศ แตงเทศ ไม้ดอก ได้แก่ ดาวเรือง บานชื่น พิทูเนีย กุหลาบ และไม้ประดับ เช่น โกสน หมากผู้หมากเมีย สาวน้อยประแป้ง ไผ่ฟิลิปปินส์ ซึ่งผลจากการวิจัยได้มีผู้สนใจนำไปปรับใช้ในการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์เป็นการค้าจนถึงปัจจุบัน (กระบวน, 2542)

ด้านกองเกษตรเคมี กรมวิชาการเกษตร ก็ได้มีการทดลองปลูกพืชผักหลายชนิด เช่น ผักกวางตุ้ง ผักกาดขาว ผักกาดขาวปลี ผักกาดฮ่องเต้ และผักกาดหัว โดยใช้สารเคมีสูตร Hoagland แต่เติมโซเดียม และใช้เหล็ก EDTA เป็นสารให้ธาตุเหล็ก ทำการปลูกในถังพลาสติกหุ้มด้วยกระดาษเพื่อลดอุณหภูมิ และใช้แผ่นโฟมรองด้วยผ้าพลาสติกกันน้ำออก มีการให้ก๊าซอ๊อกซิเจนด้วยปั๊มอากาศ และหมั่นดูแลไม่ให้น้ำยาแห้ง พบว่าเป็นวิธีที่ได้ผลดีพอสมควร

สถาบันที่มีการวิจัยการปลูกพืชโดยวิธีไฮโดรโปนิกส์อย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 2526 คือสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง จนถึงปัจจุบันได้มีการพัฒนาถึงขั้นจัดทำโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ใช้คำนวณปริมาณธาตุอาหารในการเตรียมสารละลายธาตุอาหารพืช (อิทธิสุนทร, 2542จ) และดัดแปลงระบบที่ใช้อยู่เป็นระบบขนาดเล็กเพื่อปลูกพืชผักสวนครัวหรือไม้ดอกไม้ประดับเป็นงานอดิเรกอีกด้วย (อิทธิสุนทร, 2542ง)

เมื่อมีการตื่นตัวเรื่องการผลิตผักปลอดภัยจากสารพิษ บริษัทเจริญโภคพันธุ์ก็ได้ทำการศึกษาความเป็นไปได ้ในการผลิตผักปลอดภัยจากสารพิษด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ โดยใช้เทคนิคนี้ควบคู่กับระบบโรงเรือน แต่ในที่สุดก็ไม่ได้นำเทคโนโลยีนี้มาใช้ (เปรมปรี, 2542) เอกชนอีกรายที่ทำการศึกษาวิจัยเพื่อหาเทคนิคการปลูกพืชด้วยระบบไฮโดรโปนิกส์ที่เหมาะสมสำหรับประเทศไทย เนื่องจากเล็งเห็นว่าจะเป็นวิธีการปลูกพืชที่จำเป็นในอนาคต คือบริษัท ที เอ บี วิจัยและพัฒนา จำกัด ดำเนินการที่อำเภอเมือง จังหวัดนครปฐม โดยได้รับทุนสนับสนุนการวิจัยจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ ผลการวิจัยจะกล่าวในรายละเอียดในบทที่ 3

ระยะหลังได้มีการนำการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์มาปลูกพืชผักเป็นการค้ากันบ้างแล้วในประเทศไทย โดยระบบที่นำมาใช้กันแพร่หลายมีอยู่ 2 ระบบ คือ ระบบ NFT ซึ่งเป็นระบบสำเร็จรูปที่นำเข้าจากประเทศออสเตรเลีย และระบบสารละลายหมุนเวียนชนิดไม่เติมอากาศซึ่งศึกษาและพัฒนาขึ้น ณ พระราชวังสวนจิตรลดา
ที่มาำหรับประเทศไทยเพิ่งมีการปลูกพืชด้วยวิธีนี้เป็นเชิงพาณิชย์มาไม่นานและยังไม่แพร่หลายมาก แต่ในระดับงานวิจัยได้มีการศึกษาค้นคว้ากันมากว่า 30 ปีแล้ว โดยการวิจัยเริ่มแรกทำการทดสอบกับพืชผักหลายชนิดที่มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ พบว่าเทคนิคปลูกในสารละลายแบบน้ำลึก (liquid culture, deep water) ประสบความสำเร็จน่าพอใจ แต่ระบบให้น้ำไหลผ่านรากพืชเป็นชั้นบางๆ (nutrient film technique , NFT) ในขณะนั้นยังต้องมีการปรับปรุงและพัฒนา

ในระยะ 10 ปีนี้มีการวิจัยในหลายสถาบัน เช่น ระหว่างปี 2530-2535 ได้มีการศึกษาเพื่อพัฒนาการปลูกพืชไม่ใช้ดิน ณ พระราชวังสวนจิตรลดา เพื่อจะได้นำเทคนิคนี้ไปใช้ในการปลูกพืชในพื้นที่ที่ดินมีปัญหาในการเพาะปลูก การปลูกพืชใช้ระบบวัสดุปลูกรดด้วยน้ำสารละลายธาตุอาหาร โดยใช้กระบะบรรจุสารละลายธาตุอาหารเป็นแปลงปลูก พบว่าสามารถปลูกพืชได้หลายชนิด เช่น พืชผัก ได้แก่ คะน้า กวางตุ้ง กะหล่ำดอก ผักกาดหัว ผักกาดขาว ผักบุ้งจีน ผักกาดหอม คึ่นฉ่าย ผักชี หอมแบ่ง มะเขือ มะเขือเทศ แตงเทศ ไม้ดอก ได้แก่ ดาวเรือง บานชื่น พิทูเนีย กุหลาบ และไม้ประดับ เช่น โกสน หมากผู้หมากเมีย สาวน้อยประแป้ง ไผ่ฟิลิปปินส์ ซึ่งผลจากการวิจัยได้มีผู้สนใจนำไปปรับใช้ในการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์เป็นการค้าจนถึงปัจจุบัน (กระบวน, 2542)

ด้านกองเกษตรเคมี กรมวิชาการเกษตร ก็ได้มีการทดลองปลูกพืชผักหลายชนิด เช่น ผักกวางตุ้ง ผักกาดขาว ผักกาดขาวปลี ผักกาดฮ่องเต้ และผักกาดหัว โดยใช้สารเคมีสูตร Hoagland แต่เติมโซเดียม และใช้เหล็ก EDTA เป็นสารให้ธาตุเหล็ก ทำการปลูกในถังพลาสติกหุ้มด้วยกระดาษเพื่อลดอุณหภูมิ และใช้แผ่นโฟมรองด้วยผ้าพลาสติกกันน้ำออก มีการให้ก๊าซอ๊อกซิเจนด้วยปั๊มอากาศ และหมั่นดูแลไม่ให้น้ำยาแห้ง พบว่าเป็นวิธีที่ได้ผลดีพอสมควร

สถาบันที่มีการวิจัยการปลูกพืชโดยวิธีไฮโดรโปนิกส์อย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 2526 คือสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง จนถึงปัจจุบันได้มีการพัฒนาถึงขั้นจัดทำโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ใช้คำนวณปริมาณธาตุอาหารในการเตรียมสารละลายธาตุอาหารพืช (อิทธิสุนทร, 2542จ) และดัดแปลงระบบที่ใช้อยู่เป็นระบบขนาดเล็กเพื่อปลูกพืชผักสวนครัวหรือไม้ดอกไม้ประดับเป็นงานอดิเรกอีกด้วย (อิทธิสุนทร, 2542ง)

เมื่อมีการตื่นตัวเรื่องการผลิตผักปลอดภัยจากสารพิษ บริษัทเจริญโภคพันธุ์ก็ได้ทำการศึกษาความเป็นไปได ้ในการผลิตผักปลอดภัยจากสารพิษด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ โดยใช้เทคนิคนี้ควบคู่กับระบบโรงเรือน แต่ในที่สุดก็ไม่ได้นำเทคโนโลยีนี้มาใช้ (เปรมปรี, 2542) เอกชนอีกรายที่ทำการศึกษาวิจัยเพื่อหาเทคนิคการปลูกพืชด้วยระบบไฮโดรโปนิกส์ที่เหมาะสมสำหรับประเทศไทย เนื่องจากเล็งเห็นว่าจะเป็นวิธีการปลูกพืชที่จำเป็นในอนาคต คือบริษัท ที เอ บี วิจัยและพัฒนา จำกัด ดำเนินการที่อำเภอเมือง จังหวัดนครปฐม โดยได้รับทุนสนับสนุนการวิจัยจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ ผลการวิจัยจะกล่าวในรายละเอียดในบทที่ 3

ระยะหลังได้มีการนำการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์มาปลูกพืชผักเป็นการค้ากันบ้างแล้วในประเทศไทย โดยระบบที่นำมาใช้กันแพร่หลายมีอยู่ 2 ระบบ คือ ระบบ NFT ซึ่งเป็นระบบสำเร็จรูปที่นำเข้าจากประเทศออสเตรเลีย และระบบสารละลายหมุนเวียนชนิดไม่เติมอากาศซึ่งศึกษาและพัฒนาขึ้น ณ พระราชวังสวนจิตรลดา


การปลูกพืชโดยวิธีไฮโดรโปนิกส์เป็นการปลูกพืชโดยใช้หลักวิชาการแบบวิทยาศาสตร์สมัยใหม่โดยการเลียนแบบการปลูกพืชบนดิน แต่ไม่นำดินมาใช้เป็นวัสดุปลูก พืชสามารถเจริญเติบโตได้โดยอาศัยธาตุอาหารต่างๆ ที่ละลายลงในน้ำเพื่อทดแทนธาตุอาหารที่มีอยู่ในดิน ซึ่งวิธีการนี้มีข้อดีหลายประการ เช่น

1. สามารถปลูกพืชได้ต่อเนื่องตลอดปี เมื่อเก็บผลผลิตผักแล้วสามารถปลูกพืชผักรุ่นต่อไปได้ทันที เนื่องจากไม่ได้ปลูกพืชลงดินจึงไม่ต้องทิ้งระยะเวลาเพื่อทำการพักดิน ตากดิน กำจัด

วัชพืช และเตรียมแปลงปลูกใหม่ การปลูกพืชในดินต่อเนื่องเป็นเวลานานยังทำให้เกิดปัญหาดินเสื่อมสภาพ แต่การปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์สามารถปลูกพืชต่อเนื่องได้โดยไม่ต้องกลัวปัญหานี้ เนื่องจากแหล่งอาหารของพืชไม่ได้มาจากดิน แต่มาจากธาตุอาหารต่างๆ ที่ให้ทางสารละลายธาตุอาหาร นอกจากนั้นการปลูกพืชด้วยเทคนิคนี้ไม่ขึ้นกับฤดูกาล เพราะมีการควบคุมสภาพแวดล้อม จึงเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ปลูกได้ต่อเนื่องตลอดปี

2. สามารถปลูกพืชได้แม้ในที่ที่ไม่มีพื้นที่สำหรับปลูกพืช การอาศัยอยู่ในชุมชนเมืองซึ่งที่ดินมีราคาแพง ผู้อยู่อาศัยในที่ที่มีพื้นที่จำกัด เช่น ตึกแถว ทาวน์เฮาส์ อาคารชุด และหอพัก ไม่มีพื้นที่สำหรับปลูกพืช สามารถปลูกพืชผักสวนครัว สมุนไพร หรือไม้ดอกไม้ประดับ ได้โดยใช้ระบบไฮโดรโปนิกส์ขนาดเล็กวางบริเวณพื้นที่ว่างที่มีอยู่เล็กน้อย เช่น ริมหน้าต่าง ทางเดิน ดาดฟ้า พื้นที่เล็กๆ หลังบ้าน

3. สามารถปลูกพืชในที่ที่ดินไม่เหมาะสม ในบางพื้นที่มีพื้นที่อยู่มากมาย แต่ใช้ทำการเพาะปลูกพืชไม่ได้ เนื่องจากดินขาดความอุดมสมบูรณ์ ดินทะเลทราย พื้นที่ที่เป็นหิน พื้นที่ภูเขา ดินเค็ม ดินกรด ดินด่าง พื้นที่อยู่ในเขตแห้งแล้ง หรือขาดแคลนน้ำชลประทาน การแก้ปัญหาเหล่านี้ทำได้ยาก ต้องใช้เวลานาน และใช้งบประมาณมาก สามารถใช้พื้นที่ที่มีอยู่ปลูกพืชได้ด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ เพราะนอกจากไม่ต้องใช้ดินเป็นแหล่งอาหารสำหรับพืชแล้ว ยังเป็นวิธีที่ใช้น้ำน้อยและใช้อย่างมีประสิทธิภาพ พืชไม่มีปัญหาขาดน้ำ ไม่มีการสูญเสียน้ำจากการซึมลึก การไหลทิ้ง หรือการแย่งน้ำจากวัชพืช ไม่มีปัญหาการให้น้ำมากเกินไป

4. พืชเจริญเติบโตได้เร็วและให้ผลผลิตสูง การปลูกพืชด้วยวิธีดั้งเดิม ไม่สามารถกำหนดปริมาณธาตุอาหารให้พอดีกับความต้องการของพืชได้ นอกจากนั้นยังมีการสูญเสียธาตุอาหารจากกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นในดินและในอากาศ ตลอดจนการแย่งธาตุอาหารจากวัชพืช แต่การปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ สามารถควบคุมปริมาณสารอาหารได้ดีกว่าการปลูกในดิน สามารถกำหนดปริมาณธาตุอาหารให้ตรงกับความต้องการของพืช พืชได้รับสารอาหารในรูปอนินทรีย์โดยตรง ทำให้การใช้ปุ๋ยเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังไม่มีปัญหาการแย่งธาตุอาหารโดยวัชพืช จึงทำให้พืชเจริญเติบโตเร็วและได้ผลผลิตสูง ในอีกแง่หนึ่ง ถ้าคำนึงถึงผลผลิตต่อปี ผลผลิตจากการผลิตด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ก็จะสูงกว่าการปลูกด้วยวิธีดั้งเดิม เนื่องจากการเก็บเกี่ยวได้เร็วขึ้นและปลูกต่อเนื่องได้ตลอดปีไม่ขึ้นกับฤดูกาล ทำให้สามารถปลูกพืชได้มากครั้งกว่าในเวลาเท่ากัน

5. ผลผลิตมีความสม่ำเสมอ สะอาดและคุณภาพดี เนื่องจากมีการควบคุมปริมาณธาตุอาหารตามที่พืชต้องการตลอดจนควบคุมปัจจัยทางด้านสภาพแวดล้อมได้ทั่วถึง ทำให้ได้ผลผลิตที่มีความสม่ำเสมอ มีรูปร่าง สี ขนาด ใกล้เคียงกัน ผลผลิตไม่ได้สัมผัสกับดิน จึงสะอาดและดูน่ารับประทาน การปลูกพืชวิธีนี้จึงเป็นวิธีที่เหมาะที่จะผลิตพืชผักที่ต้องการผลผลิตที่มีคุณภาพและความสม่ำเสมอ เช่น ผักส่งออก ผักทดแทนการนำเข้า และผักส่งขายในซุปเปอร์มาร์เก็ต

6. ใช้แรงงานน้อยลง การปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์จะใช้แรงงานน้อยกว่าการปลูกพืชด้วยวิธีดั้งเดิม เนื่องมาจากไม่ต้องมีการเตรียมดิน ไม่ต้องทำการเขตกรรม เช่น ให้น้ำ ใส่ปุ๋ย กำจัดวัชพืช มีศัตรูพืชน้อยกว่า จึงใช้แรงงานในการกำจัดน้อยกว่า การเพาะเมล็ด การย้ายปลูก การเตรียมแปลงปลูก และการเก็บเกี่ยว ทำได้ง่ายกว่า จึงใช้แรงงานน้อยกว่า

7. ลดการใช้สารเคมี เนื่องจากมีการควบคุมสภาพแวดล้อม ควบคุมศัตรูพืชได้ง่าย เพราะการไม่ใช้ดินในการปลูกพืช ทำให้ไม่มีปัญหาโรคแมลงที่อยู่ในดินตลอดจนไม่มีปัญหาวัชพืช ส่วนโรคแมลงที่ระบาดทางอากาศก็สามารถลดการใช้สารเคมีได้โดยการใช้โรงเรือนตาข่าย

8. ปลูกพืชได้ทุกฤดูกาลและทุกสภาพอากาศ เนื่องจากมีการควบคุมปริมาณธาตุอาหารให้พอดีกับความต้องการของพืชและมีการควบคุมสภาพแวดล้อมอื่นๆ ให้เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืช การที่สามารถปลูกพืชได้ตลอดไม่ขึ้นกับฤดูกาล ทำให้สามารถควบคุมราคาได้โดยไม่ขึ้นลงตามฤดูกาล

อย่างไรก็ตามการปลูกพืชด้วยเทคนิคนี้ก็มีข้อจำกัด ได้แก่

1. ค่าใช้จ่ายในการลงทุนครั้งแรกค่อนข้างสูง ทำให้ผลผลิตที่ได้มีราคาแพง ต้องเลือกปลูกพืชที่มีราคา ค่าใช้จ่ายที่ทำให้ต้นทุนสูงจะเป็นค่าก่อสร้างโรงเรือน ค่าสารเคมี ค่าอุปกรณ์และค่าดูแลรักษา การลงทุนระยะแรกอาจไม่คุ้ม แต่จะให้ผลคุ้มค่าในระยะยาว และต้องดำเนินการในพื้นที่มากจะคุ้มกว่าพื้นที่น้อย

2. ต้องใช้เทคนิคขั้นสูง ผู้ปลูกต้องมีความรู้ความเข้าใจในเทคนิคที่เลือกใช้เป็นอย่างดี นอกจากนี้ยังต้องมีความรู้ในเรื่องธาตุอาหารพืช น้ำ สรีรวิทยาของพืช สารละลาย และเครื่องมือควบคุมระบบต่างๆ อีกด้วย

3. มีโอกาสเกิดโรคที่มาจากน้ำได้ง่ายและยากต่อการควบคุม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปลูกในสารละลาย ไม่ว่าจะเป็นระบบหมุนเวียนหรือไม่หมุนเวียน ถ้ามีการเกิดโรคเกี่ยวกับระบบราก จะแพร่กระจายอย่างรวดเร็วและยากต่อการป้องกันกำจัด เพราะพืชแต่ละต้นใช้สารละลายในแหล่งเดียวกันเชื้อจะระบาดไปทั่วระบบในเวลาอันสั้นโดยติดไปในสารละลาย


การเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืชไม่ว่าจะปลูกด้วยวิธีดั้งเดิมหรือด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ ถูกควบคุมโดยปัจจัยทั้งภายในและภายนอก การเรียนรู้ถึงอิทธิพลของปัจจัยต่างๆ เหล่านี้จึงเป็นเรื่องจำเป็น เนื่องจากเป็นความรู้พื้นฐานที่สำคัญในการกำหนดความสำเร็จหรือล้มเหลวในการปลูกพืช การเจริญเติบโตของพืชที่ปลูกด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ขึ้นกับปัจจัยต่างๆ ซึ่งอาจจำแนกเป็นกลุ่มใหญ่ๆ ได้ 3 กลุ่ม ดังนี้

1. พันธุกรรม เป็นปัจจัยภายในตัวพืชเองเพราะเกี่ยวข้องกับยีนซึ่งอยู่ในโครโมโซมของพืช ยีนเป็นตัวกำหนดลักษณะต่างๆ เช่น ความสูง รูปร่าง สี นอกจากนั้นยังเป็นตัวกำหนดว่าพืชจะเจริญเติบโตดี ให้ผลผลิตสูงหรือสามารถต้านทานศัตรูพืชได้ดีเพียงใด ปัจจัยทางพันธุกรรมจะมีอิทธิพลร่วมกับสภาพแวดล้อม ดังนั้นในการปรับปรุงพันธุ์พืชให้ได้ลักษณะตามต้องการ จะต้องแยกความแตกต่างทางพันธุกรรมออกจากความแตกต่างทางสภาพแวดล้อมให้ได้ ในประเทศที่มีการปลูกพืชโดยวิธีไฮโดรโปนิกส์เป็นการค้าอย่างแพร่หลาย เช่น ญี่ปุ่น เนเธอร์แลนด์ เบลเยี่ยม จะให้ความสำคัญกับการปรับปรุงพันธุ์พืชเพื่อปลูกด้วยวิธีนี้โดยเฉพาะ การปลูกพืชโดยวิธีนี้จึงให้ผลผลิตสูงกว่าการปลูกพืชในดิน ต่างจากประเทศไทยซึ่งการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโรโปนิกส์ยังมีน้อยส่วนใหญ่จึงใช้พันธุ์พืชพันธุ์เดียวกับที่ใช้ปลูกในดิน

2. สารควบคุมการเจริญเติบโต ไม่ว่าการปลูกพืชด้วยวิธีดั้งเดิมหรือปลูกด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ พืชมีสารควบคุมการเจริญเติบโตและการพัฒนาของส่วนต่างๆ อยู่ตลอดเวลา สารควบคุมการเจรญเติบโตของพืชเป็นสารอินทรีย์ซึ่งไม่จำกัดว่าพืชสร้างขึ้นเองหรือมนุษย์สังเคราะห์ขึ้น สารปริมาณเพียงเล็กน้อยในช่วงเพียงส่วนในล้านส่วน (ppm) ก็สามารถกระตุ้น ยับยั้งหรือเปลี่ยนสภาพทางสรีรวิทยาของพืชได้ โดยสารควบคุมการเจริญเติบโตจะไปควบคุมการทำงานของจีน (gene) ในการสร้างโปรตีน กระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ต่างๆ หรือเปลี่ยนแปลงกระบวนการต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มทั้งหลาย สารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชแบ่งเป็นกลุ่มได้ดังนี้

2.1 ออกซิน (auxins) มีคุณสมบัติเป็นสารเร่งการเจริญเติบโต ควบคุมการขยายขนาดของเซลล์ การยืดตัวของเซลล์ และมีผลในการกระตุ้นการเกิดราก สารออกซินชนิดแรกที่ค้นพบคือ IAA (indol-3-yl acetic acid) ซึ่งเป็นสารที่พืชสร้างขึ้นเอง เนื่องจากออกซินมีส่วนในกระบวนการหลายอย่างที่เกิดขึ้นในพืช จึงมีการสังเคราะห์สารต่างๆ ที่มีคุณสมบัติคล้ายออกซินเพื่อนำมาใช้ในการเกษตร สารสังเคราะห์ที่ใช้ทั่วไปในปัจจุบันได้แก่ NAA (1-naphthylacetic acid), IBA (4-indol-3-yl butyric acid), 2,4-D (2,4-dichlorophenoxyacetic acid), และ 4-CPA (4- chlorophenoxyacetic acid) (พีรเดช, 2537)

2.2 จิบเบอเรลลิน (gibberellins) มีคุณสมบัติในการกระตุ้นการยืดตัวของเซลล์ การแบ่งตัวของเซลล์ การกระตุ้นการงอกของเมล็ดและตา เพิ่มการติดผล การเปลี่ยนเพศดอก เร่งการออกดอก สารจิบเบอเรลลินที่ค้นพบจนถึงปัจจุบันมี 72 ชนิด ซึ่งแต่ละชนิดมีโครงสร้างโมเลกุลคล้ายคลึงกัน แต่การเรียงตัวของบางอะตอมแตกต่างกันเล็กน้อย จึงเรียกจิบเบอเรลลินเหมือนกันหมดคือ จิบเบอเรลลิน เอ (GA) แล้วตามด้วยหมายเลขตั้งแต่ 1 ถึง 72 เช่น GA1 GA3 เป็นต้น สาร GA ที่นิยมใช้ในปัจจุบันมี 3 ชนิดได้แก่ GA3, GA4 และ GA7

2.3 ไซโตไคนิน (cytokinins) ไซโตไคนินเป็นสารควบคุมการเจริญเติบโตที่ใช้ประโยชน์ทางการเกษตรค่อนข้างน้อยกว่าสารกลุ่มอื่นๆ สารกลุ่มนี้มีผลต่อการแบ่งเซลล์ และกระตุ้นการเจริญทางด้านข้างของพืช กระตุ้นการเจริญของตาข้าง ชะลอการแก่ของพืช นอกจากนั้นยังมีผลเล็กน้อยต่อการพัฒนาของผล ใช้กันมากในงานเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ สารกลุ่มนี้ราคาสูงมาก จึงใช้ประโยชน์ค่อนข้างจำกัด ในประเทศไทยยังไม่มีการสั่งสารกลุ่มนี้เข้ามาใช้ในรูปสารเคมีเกษตรแต่มีจำหน่ายในรูปสารเคมีบริสุธิ์ซึ่งราคาจะค่อนข้างสูง ไซโตไคนินที่พืชสังเคราะห์ได้เองตามธรรมชาติคือ ซีอาติน (zeatin) ส่วนสารสังเคราะห์ในกลุ่มนี้ได้แก่ ไคเนติน (kinetin), และ BAP (6-benzyl-laminopurine)

2.4 เอทิลีนและสารปลดปล่อยเอทีลีน (ethylene and ethylene releasing compounds) เอทิลีนเป็นสารควบคุมการเจริญเติบโตของพืชชนิดเดียวที่อยู่ในรูปก๊าซ มีอิทธิพลในการควบคุมการแก่ของพืช เช่น เร่งการสุกของผลไม้ เร่งการเหี่ยวของดอกไม้ นอกจากนี้ยังมีผลในการเร่งการออกดอกของพืชบางชนิด แต่เนื่องจากอยู่ในรูปก๊าซจึงใช้ประโยชน์ทางการเกษตรได้ค่อนข้างจำกัด จึงได้มีการคิดค้นสารรูปอื่นที่เป็นของแข็งหรือของเหลวแต่สามารถปลดปล่อยก๊าซเอทิลีนได้คือ ethephon (2-chloroethylphosphonic acid) และนำมาใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวางในปัจจุบัน

2.5 สารชะลอการเจริญเติบโตของพืช (plant growth retardants) สารชะลอการเจริญเติบโตของพืชเป็นสารที่พืชไม่สามารสร้างขึ้นเองได้ แต่เป็นสารที่สังเคราะห์ขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์ทางการเกษตร มีคุณสมบัติในการชะลอการแบ่งเซลล์และการยืดตัวของเซลล์บริเวณใต้ปลายยอดของกิ่ง จึงมีผลให้ความสูงของพืชลดลง นอกจากนี้ยังใช้ประโยชน์ในการเร่งการออกดอกของพืชบางชนิด เพิ่มการติดผลและคุณภาพของผลไม้ ตลอดจนมีผลในการเพิ่มผลผลิตพืชผัก สารชะลอการเจริญเติบโตของพืชที่ใช้กันแพร่หลายคือ chlormequat และ daminozide และสารอื่นๆซึ่งใช้น้อยกว่าเช่น ancimidol, mepiquat chloride, และ paclobutrazol

2.6 สารยับยั้งการเจริญเติบโตของพืช (plant growth inhibitors) สารกลุ่มนี้มีคุณสมบัติในการยับยั้งการแบ่งเซลล์ ยับยั้งการทำงานของฮอร์โมนอื่นบางชนิด และยับยั้งการเจริญเติบโตทั่วๆ ไป สารยับยั้งการเจริญเติบโตที่พบในธรรมชาติมีกว่า 200 ชนิด แต่สารที่สำคัญที่สุดคือ ABA (abscisic acid) ซึ่งมีผลควบคุมการหลุดร่วงของใบ ดอก และผล การพักตัวของพืช และการคายน้ำ ไม่มีการนำสารนี้มาใช้ประโยชน์ทางการเกษตร แต่มีการสังเคราะห์สารหลายชนิดเช่น maleic hydrazide, chloroflurenol หรือ morphactin, dikegulac-sodium ที่มีผลในการยับยั้งการเจริญเติบโตของพืช และใช้ประโยชน์ในการกระตุ้นการแตกตาข้าง ยับยั้งการงอกของหัว และลดความสูงของไม้พุ่ม

3. สภาพแวดล้อม สภาพแวดล้อมเป็นปัจจัยภายนอกที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช ซึ่งการตอบสนองต่อปัจจัยต่างๆเหล่านี้ไม่ได้แตกต่างกันไม่ว่าจะปลูกพืชด้วยวิธีดั้งเดิมหรือด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ ปัจจัยที่เป็นตัวควบคุมการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืชมีอยู่หลายปัจจัย แต่มีปัจจัยที่สำคัญดังต่อไปนี้

3.1 อุณหภูมิ อุณหภูมิควบคุมอัตราการเจริญเติบโตของพืช โดยมีผลโดยตรงต่อการสังเคราะห์แสง การหายใจ การดูดธาตุอาหาร การคายน้ำและกิจกรรมของเอนไซม์ต่างๆ โดยทั่วไปอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นมีผลในการเร่งขบวนการทางเคมีต่างๆ ในพืช ขบวนการเหล่านี้ควบคุมโดยเอนไซม์ ซึ่งจะทำงานได้ดีในช่วงอุณหภูมิแคบๆ อุณหภูมิสูงหรือต่ำกว่าช่วงที่เหมาะสมจะทำให้เอนไซม์ทำงานลดลง มีผลให้ปฏิกริยาเคมีต่างๆ ในพืชลดลงหรือหยุดไปด้วย เมื่อถึงจุดนี้ พืชจะอยู่ในภาวะเครียดและหยุดเจริญเติบโต และอาจตายได้ในที่สุด การควบคุมอุณหภูมิให้เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืชจึงเป็นเรื่องสำคัญ

สำหรับการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ อุณหภูมิมีบทบาทสำคัญมากต่อการเจริญเติบโตของพืช เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้ออกซิเจนละลายน้ำได้ลดลง ทำให้มีออกซิเจนไม่เพียงพอต่อการหายใจของราก เช่นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นจาก 25° C เป็น 30° C จะทำให้ปริมาณออกซิเจนในน้ำลดลงจาก 8.25 ppm เหลือเพียง 7.51 ppm

3.2 ความชื้นสัมพัทธ์ มีผลโดยตรงต่อการคายน้ำของพืช เมื่อความชื้นสัมพัทธ์ในอากาศสูงจะทำให้พืชคายน้ำน้อยลง ส่งผลให้การลำเลียงแร่ธาตุอาหารต่างๆ จากรากไปสู่ใบลดลง และยังทำให้อุณหภูมิที่ใบสูงขึ้น นอกจากนี้ความชื้นสัมพัทธ์สูงยังเป็นสาเหตุทำให้เกิดโรคบางโรคได้ง่ายอีกด้วย

3.3 แสง เป็นปัจจัยที่มีผลต่อการเจริญเติบโตและพัฒนาการของพืช เพราะแสงเป็นปัจจัยสำคัญในการสร้างอาหารหรือการสังเคราะห์แสงของพืช โดยมีคลอโรฟิลล์เป็นตัวรับแสงไปใช้เป็นพลังงานในการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำเป็นคาร์โบไฮเครตและออกซิเจน แสงมีคุณสมบัติ 3 ประการที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช ได้แก่ ความยาวคลื่น ความเข้มแสงและระยะเวลาที่พืชได้รับแสง คุณสมบัติที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชที่ปลูกด้วยระบบไฮโดรโปนิกส์ที่สุด คือความเข้มแสง ความเข้มแสงที่มากเกินไปหรือน้อยเกินไป จะมีผลในการลดการสังเคราะห์แสงของพืช ทำให้พืชมีการเจริญเติบโตน้อยลง สำหรับการปลูกพืชในประเทศไทย ซึ่งอยู่ในเขตร้อน ได้รับแสงที่มีความเข้มสูง การปลูกพืชในที่โล่งจึงต้องมีการให้ร่มเงาเพื่อลดความเข้มแสง นอกจากนี้แสงยังสัมพันธ์กับอุณหภูมิคือ เมื่อแสงมีความเข้มมากขึ้นอุณหภูมิก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย ซึ่งในการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์จะมองข้ามความสัมพันธ์นี้ไม่ได้ เนื่องจากอุณหภูมิของสารละลายที่ใช้ปลูกพืชมีบทบาทอย่างมากต่อกิจกรรมของราก

3.4 องค์ประกอบของบรรยากาศ พืชต้องใช้คาร์บอนไดออกไซด์เป็นวัตถุดิบในการสังเคราะห์แสง ในอากาศโดยปกติมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณร้อยละ 0.03 ซึ่งเพียงพอต่อความต้องการของพืช นอกจากในบริเวณที่มีพืชหนาแน่นคาร์บอนไดออกไซด์อาจเป็นตัวจำกัดการเจริญเติบโตของพืชได้ในเวลากลางวัน เนื่องจากมีการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นมาก นอกจากคาร์บอนไดออกไซด์แล้ว พืชต้องการออกซิเจนใช้ในการหายใจเพื่อเปลี่ยนพลังงานเคมีที่สะสมไว้ในรูปคาร์โบไฮเดรตเป็นพลังงานใช้ในปฏิกริยาเคมีต่างๆ ในการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์นั้นส่วนที่อยู่เหนือดินมักไม่มีปัญหาการขาดออกซิเจน เนื่องจากในอากาศมีออกซิเจนอยู่ถึงร้อยละ 20 แต่ในส่วนของรากที่อยู่ในสารละลายมักเกิดปัญหาเนื่องจากปริมาณออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำไม่เพียงพอต่อความต้องการของพืช จึงต้องมีการเติมออกซิเจนในสารละลายซึ่งอาจทำได้โดยใช้ปั๊มหรือเครื่องสูบลม หรืออาจใช้ระบบหมุนเวียนสารละลาย โดยปกติควรรักษาระดับออกซิเจนในสารละลายให้อยู่ที 8 ppm

3.5 คุณภาพน้ำ คุณภาพน้ำมีความสำคัญมากในการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ เนื่องจากพืชที่ปลูกได้รับธาตุอาหารต่างๆจากสารละลายธาตุอาหารซึ่งต้องใช้น้ำเป็นองค์ประกอบสำคัญ ถ้าน้ำมีการปนเปื้อนของจุลิทรีย์ที่เป็นสาเหตุของโรคต่างๆ โรคจะแพร่กระจายได้อย่างรวดเร็ว จำเป็นต้องมีการฆ่าเชื้อก่อนนำไปใช้ ซึ่งอาจใช้คลอรีน หรือ โซเดียมไฮโปคลอไรด์ หรือ แคลเซียมไฮโปคลอไรด์ก็ได้ ถ้าน้ำขุ่นเนื่องจากมีสารแขวนลอย จะต้องกรองเอาตะกอนออก

นอกจากนี้ถ้าน้ำที่ใช้มีองค์ประกอบทางเคมีที่ไม่เหมาะสม เช่น มีจุลธาตุบางตัวในปริมาณมากเกินไป ก็จะมีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชได้ น้ำที่มีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับการปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์คือ น้ำฝนหรือน้ำจากคลองชลประทาน

3.6 ปฏิกริยาน้ำ (pH) pH ของน้ำมีผลทางอ้อมต่อการเจริญเติบโตของพืช เกี่ยวข้องกับความเป็นประโยชน์ของธาตุอาหาร (ภาพที่ 1.1) โดยทั่วไปการปลูกพืชแบบไฮโดรโปนิกส์ สารละลายธาตุอาหารพืชควรมี pH อยู่ระหว่าง 5.5-6.5 หรือประมาณ 6 ไม่ควรเกิน 7 ขึ้นกับชนิดพืช
ที่มาhttp://www.doae.go.th/library/html/detail/hydroponic/hydro_2.htm

ไฮโดรโปนิกส์ (hydroponics) เป็นคำที่มาจากภาษากรีก 2 คำ คือคำว่า hydro ซึ่งแปลว่าน้ำ และคำว่า ponos แปลว่าทำงานหรือแรงงาน เมื่อรวมกันจึงมีความหมายว่าการทำงานที่เกี่ยวข้องกับน้ำ ประวัติความเป็นมาของการปลูกพืชโดยวิธีนี้นั้นเริ่มมาจากการศึกษาเกี่ยวกับการใช้ธาตุอาหารต่างๆ ในการปลูกพืช ซึ่งมีมาตั้งแต่หลายพันปีก่อนสมัยของอริสโตเติล จากหลักฐานทางประวัติศาสตร์พบว่านักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้เขียนบันทึกต่างๆ ทางพฤกษศาสตร์ขึ้นและปรากฎอยู่จนทุกวันนี้ แต่การปลูกพืชตามหลักการทางวิทยาศาสตร์นั้นเริ่มขึ้นประมาณ 300 ปีมาแล้ว คือประมาณ ค.ศ. 1699 John Woodward นักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษได้พยายามทำการทดลอง เพื่อหาคำตอบว่าอนุภาคของของแข็งและของเหลวที่อยู่ในดินมีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืชอย่างไร ต่อมาปี ค.ศ. 1860-1865 นักวิทยาศาสตร์ชื่อ Sachs และ Knop นับเป็นผู้ริเริ่มปลูกพืชด้วยวิธีไฮโดรโปนิกส์ตามหลักการทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ โดยการปลูกพืชด้วยสารละลายเกลือ อนินทรีย์ต่างๆ เช่น โพแทสเซี่ยมฟอสเฟต โพแทสเซี่ยมไนเตรต ซึ่งให้ธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช คือ ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซี่ยม แมกนีเซียม กำมะถัน แคลเซียม และเหล็ก ภายหลังมีการพัฒนาสูตรธาตุอาหารพืชเรื่อยมา จนถึงปี ค.ศ. 1920-1930 William F.Gericke แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ประสบความสำเร็จในการปลูกมะเขือเทศในสารละลายธาตุอาหาร โดยพืชมีการเจริญเติบโตสมบูรณ์และให้ผลผลิตเร็ว นับเป็นจุดเริ่มต้นของการนำเทคนิคการปลูกพืชโดยวิธีนี้ไปประยุกต์ใช้เพื่อปลูกพืชเป็นการค้า และได้มีการพัฒนาเทคนิควิธีการและส่วนประกอบในสารละลายเรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน
ที่มาhttp://www.doae.go.th/library/html/detail/hydroponic/hydro_2.htm

การปลูกพืชโดยไม่ใช้ดินหรือไฮโดรโปนิกส์ เป็นวิธีการที่พัฒนาขึ้นในประเทศพัฒนาซึ่งมีปัญหาพื้นที่ทำการเกษตรลดลงเนื่องจากการเจริญเติบโตของชุมชน หรือพื้นที่ที่มีอยู่ไม่เหมาะสมต่อการทำการเกษตร เป็นวิธีที่ไม่ใช้ดินเป็นวัสดุปลูก แต่พืชจะเจริญเติบโตโดยได้รับธาตุอาหารจากสารละลายธาตุอาหาร การปลูกพืชโดยวิธีนี้จึงสามารถทำได้ในทุกพื้นที่แม้จะไม่มีที่ดินสำหรับปลูกพืชหรือพื้นที่ดินที่มีอยู่ไม่สามารถใช้ปลูกพืชได้ ปัจจุบันไฮโดรโปนิกส์เป็นวิธีการปลูกพืชที่ใช้แพร่หลายในประเทศต่างๆ เช่น ไต้หวัน ญี่ปุ่น สหรัฐอเมริกา ออสเตรเลีย นีวซีแลนด์ อิสราเอล และประเทศต่างๆ ในทวีปยุโรป สำหรับประเทศไทยมีความเข้าใจกันโดยทั่วไปว่าการปลูกพืชด้วยวิธีนี้เป็นวิธีที่ต้องลงทุนสูงและมีวิธีการยุ่งยากซับซ้อน ต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูง ประกอบกับปัญหาขาดแคลนพื้นที่ทำการเกษตรยังไม่รุนแรงนัก ยังมีพื้นที่ทำเกษตรกรรมมากมาย สามารถปลูกพืชด้วยวิธีปกติได้เพียงพอกับความต้องการ จึงไม่มีความจำเป็นที่จะต้องหาวิธีการอื่นมาทดแทน อย่างไรก็ดีในระยะ 5 ปีที่ผ่านมา ได้มีการปลูกพืชโดยวิธีไฮโดรโปนิกส์เป็นการค้าเพื่อผลิตพืชผักที่มีคุณภาพในปริมาณที่แน่นอน สนองความต้องการของซุปเปอร์มาร์เก็ต ตลาดพืชผักปลอดภัยจากสารพิษ การปลูกพืชทดแทนพืชนำเข้า และปลูกเพื่อการส่งออก
ที่มาhttp://www.doae.go.th/library/html/detail/hydroponic/hydro_2.htm

การสังเคราะห์แสง


เกลือเฟอริกทำหน้าที่เป็นตัวรับไฮโดรเจน ขณะเดียวกันจะมี ออกซิเจนเกิดขึ้นในปฏิกิริยาด้วย สารที่ทำหน้าที่เป็นตัวรับไฮโดรเจน เช่น เฟอริกไซยาไนด์ และเมทีลีนบลู ในพืชสารที่ทำหน้าที่เป็นตัวรับไฮโดรเจน คือ นิโคตินาไมด์อะดีนินไดนิวคลีโอไทด์ฟอสเฟต หรือ NADP+


ในขณะที่มีแสงคลอโรพลาสต์สามารถสร้าง ATP อย่างเดียว หรือสร้างทั้ง ATP และ NADPH + H+


ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์แสง
ปฏิกิริยาที่ใช้แสง
ปฏิกิริยาที่ใช้แสงในขณะมีแสง โมเลกุลของคลอโรฟิลล์จะรับ พลังงานไว้ทำให้ e- ในโมเลกุลของคลอโรฟิลล์เคลื่อนที่หลุด ออกไปโดยมีสารเป็นตัวรับอิเลคตรอนและส่งอิเลคตรอนเป็น ทอด ๆ คลอโรพลาสต์มีกลุ่มโมเลกุลของรงควัตถุทำหน้าที่รับ พลังงาน การถ่ายทอดอิเลคตรอนแบบไม่เป็นวัฏจักร คือ การถ่ายทอด e- ไปทางเดียว ให้ผลิตผลออกมาในขณะมีแสงแต่ไม่ย้อนกลับ การถ่ายทอดอิเลคตรอนแบบเป็นวัฏจักรคือ การถ่ายทอด e- ในลักษณะที่ย้อนกลับได้
โฟโตไลซิส (Photolysis) คือการสลายโมเลกุลของน้ำใน ปฏิกิริยาที่ใช้แสงทั้ง ATP และ NADPH + H+ ที่เกิดขึ้นใน ปฏิกิริยาใช้แสงจะถูกนำไปใช้ในปฏิกิริยาที่ไม่ใช้แสงต่อไป ปฏิกิริยาไม่ใช้แสง ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นนั้นมีลักษณะที่ต่อเนื่องเป็นวัฏจักร เรียกว่า วัฏจักรของคัลวิน (Calvin cycle)
วัฏจักรคัลวิน แบ่งออกเป็น 3 ขั้นตอน



ปฏิกิริยาขั้นที่ 1
สารตั้งต้นคือ RuDP รวมตัวกับคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสาร ประกอบใหม่มีคาร์บอน 6 อะตอม สารใหม่จะสลายไปเป็น PGA 2 โมเลกุล จะได้ PGA 12 โมเลกุล

ปฏิกิริยาขั้นที่ 2
เปลี่ยนแปลงจาก PGA จะได้ PGAL ได้รับ ไฮโดรเจนจาก NADPH + H+ และพลังงานจาก ATP PGA 12 โมเลกุล จะเปลี่ยนเป็น PGAL 12 โมเลกุล

ปฏิกิริยาขั้นที่ 3
PGAL 10 โมเลกุล เปลี่ยนแปลงไปเป็น RuDP 6 โมเลกุล ต้องใช้พลังงานจากการสลายตัวของ ATP

แหล่งที่เกิดการสังเคราะห์แสง
คลอโรพลาสต์ เป็นแหล่งที่เกิดการสังเคราะห์โปรตีน คลอโรพลาสต์ประกอบไปด้วยเนื้อเยื่อ 2 ชั้น เนื้อเยื่อชั้นในจะ แผ่เข้าไปข้างใน กลายเป็นโครงสร้างย่อย ๆ ประกอบด้วยเยื่อ บาง ๆ เรียกว่าลาเมลลา (lamella) บริเวณรอบ ๆ ลาเมลลาจะมี สโตรมา(Stroma) ลาเมลลาเป็นแผ่นกลม ๆ บาง ๆ เรียงซ้อน เป็นตั้ง ๆ เรียกว่า แกรนัม (granum) และเรียกลาเมลลาแต่ละ แผ่นในแกรนัมว่า ไทลาคอยด์(thylakoid) ลาเมลลาที่เชื่อมอยู่ ระหว่าง แกรนัม เรียกว่า สโตรมาลาเมลลา โมเลกุลของสารที่ใช้ในปฏิกิริยาที่ใช้แสงจะอยู่ที่ผนังของเยื่อ หุ้มไทลาคอยด์ สโตรมาลาเมลลสและไทลาคอยด์จะมีเอนไซม์ ที่นำไปใช้ในปฏิกิริยาของวัฏจักรคัลวิน ซึ่งเป็นปฏิกิริยาไม่ใช้ แสง
รงควัตถุที่ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์แสง
คลอโรฟิลล์
คลอโรฟิลล์ ทำหน้าที่ดูดพลังงานของแสงอาทิตย์
แคโรทีนอยด์
แคโรทีนอยด์ เป็นสารประกอบจำพวกไขมัน ประกอบด้วย แคโรทีน เป็นรงควัตถุสีแดง และสีส้ม อีกชนิดหนึ่งคือ แซนโท ฟิลล์ เป็นรงควัตถุสีเหลืองหรือสีน้ำตาล
ไฟโคบิลิน
ไฟโคบิลิน เป็นรงควัตถุที่มีอยู่เฉพาะสาหร่ายสีแดงและสี เขียวแกมน้ำเงินประกอบด้วยรงควัตถุ 2 ชนิดคือ
- ไฟโคอีรีทริน (Phycoerythrin) เป็นรงควัตถุสีแดง
- ไฟโคไซยานิน (Phycocyanin) เป็นรงควัตถุสีน้ำเงิน
ปฏิกิริยาเทอร์โมเคมิคัล (thermochemical reaction) คือปฏิกิริยา เคมีที่มีความสัมพันธ์กับอุณหภูมิ

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง
1. ความเข้มแสง - ถ้าความเข้มของแสงมาก อัตราการ สังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้น
2. ความเข้มของ CO2 - อัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นตาม ความเข้ม CO2 จนถึงระดับหนึ่ง แม้ความเข้ม CO2 จะเพิ่มขึ้นแต่ อัตราการสังเคราะห์แสงจะลดต่ำลง
3. อุณหภูมิ - อัตราการสังเคราะห์แสงจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูง ขึ้นโดยจะอยู่ในช่วงประมาณ 10-35 oC ถ้าอุณหภูมิสูงเกิน 40 oC เอนไซม์จะเสื่อมสภาพ การทำงานเอนไซม์ชะงักลงอัตรา การสังเคราะห์แสงจะลดลงตามระยะเวลาที่เพิ่มขึ้น
4. ออกซิเจน - ปริมาณออกซิเจนลดลงจะทำให้อัตราการ สังเคราะห์แสงเพิ่มขึ้น
5. น้ำ - ช่วยกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์
6. เกลือแร่ - ถ้าพืชขาดธาตุแมกนีเซียมและไนโตรเจน เหล็ก พืชก็จะขาดคลอโรฟิลล์ การสังเคราะห์แสงก็จะลดลง

การลำเลียงในพืช
การดูดน้ำของพืช สามารถเข้าสู่เซล ขนราก และเซลต่อ ๆ ไปโดยกระบวนการออสโมซิส ปลายรากจะมีขนราก(root hair) ภายในเซลจะมีแวคิวโอลขนาดใหญ่ จะมีน้ำ เกลือแร่ และสาร อื่น ๆ สามารถดูดซึมสารอาหารโดยการซอนไซ เข้าไปในดิน ชั้นของเนื้อเยื่อของลำต้น เรียงจากนอกสุดเข้าไปในสุด ดังนี้
1. เอพิเดอร์มิส (Epidermis) เป็นผนังเนื้อเยื่อชั้นนอกสุด เซล เรียงตัวชั้นเดียว มีผนังบาง ไม่มีคลอโรพลาสต์
2. คอร์เทกซ์ (Cortex) ประกอบด้วยเซลหลายแถว มีหลายชนิด มีคลอโรฟิลล์ ชั้นของคอร์เทกซ์ในรากจะกว้างกว่าในลำต้น
3. เอนโดเดอร์มิส (Endodermis) ประกอบด้วยเซลแถวเดียว ส่วนใหญ่พบในราก
4. เพอริไซเคิล (Pericycle) ประกอบด้วย เซลเพียงหนึ่งหรือสอง แถว เป็นแหล่งที่เกิดของรากแขนง
5. วาสคิวลาร์บันเดิล ทำหน้าที่ลำเลียงในพืช ประกอบด้วย เซลอยู่รวมกันเป็นกลุ่ม ๆ ประกอบด้วยเนื้อเยื่อโฟลเอมและไซเลม มีแคมเบียมคั่นอยู่ตรงกลางในพืชในเลี้ยงคู่ การเรียงตัวจะ
กระจายในพืชใบเลี้ยงเดียว เป็นกลุ่ม ๆ เรียงเป็นวงในพืชใบ
เลี้ยงคู่
6. พิท (Pith) ประกอบด้วย เซลผนังบาง ๆ คือ พาเรนไคมา
(Parenchyma)
กลุ่มเซลไซเลม ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำ เกลือแร่ สารละลายต่าง ๆ
โดยกระบวนการ Conduction ประกอบด้วยเซลหลายชนิด เช่น
- เทรคีดเซล (tracheid)
- เวสเซล (Vessel)
กลุ่มโฟเอม ประกอบด้วย
ซีฟทิวบ์เมมเบอร์ (Sievetube member) ทำหน้าที่ลำเลียง สารอาหารไปยังส่วนต่าง ๆ ของพืช
เซลคอมพาเนียน (Companion cell) มีหน้าที่ควบคุมการทำงานของซีฟทิวบ์เมมเบอร์
เซลไฟเบอร์ (Fiber cell) ทำหน้าที่ให้ความแข็งแรงทนทานแก่พืช ซึ่งอยู่ภายในเนื้อเยื่อของโฟลเอมและไซเลม
เรย์ (Ray) ทำหน้าที่ลำเลียงน้ำและอาหารไปด้านข้างของลำต้น
แคพิลลารีแอคชัน (Capillary action) เป็นกระบวนการเคลื่อนที่ของน้ำในหลอดเล็ก ๆ
แอดฮีชัน (adhesion) คือแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำและผนังด้านข้างของหลอด
การคายน้ำของพืช หมายถึงกระบวนการที่พืชกำจัดน้ำออกมาในรูปของไอน้ำซึ่งจะเกิดขึ้นที่ปากใบมากสุด เซลคุม (Guard cell) เป็นเซลมีรูปร่างคล้ายเม็ดถั่ว จะมีเม็ดคลอโรพลาสต์ ระหว่างเซลคุมจะมีช่องเล็ก ๆ คือปากใบ
คิวทิน (Cutin) คือสารขี้ผึ้งที่ฉาบอยู่ผิวใบของพืช
เลนทิเซล (lenticel) หมายถึงรอยแตกที่ผิวของลำต้นหรือกิ่งซึ่งพืชอาจสูญเสียน้ำทางเลนทิเซลได้
กัตเทชั่น (Guttation) คือกระบวนการคายน้ำของพืชในรูปของหยดน้ำ ทางรูเล็ก ๆ คือ รูไฮดาโทด (hydathode)
ความดันราก (Root pressure) คือแรงดันที่ดันของเหลวให้ไหลขึ้นไปตามท่อของไซเลมแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำ เรียกว่า โคฮีชัน (Cohesion) แรงดึงดูดจากการสูญเสียของน้ำของพืช เรียกว่า ทรานสปีเรชัน พลู (transpiration pull)

การลำเลียงอาหารของพืช
การลำเลียงอาหารของพืช ลำเลียงในโฟลเอม เกิดจากความแตกต่างของความดันเต่งภายในเซล ระหว่างเซลเริ่มต้นและเซลปลายทางน้ำจากเซลข้างเคียงและไซเลมจะแพร่เข้าสู่เซลของใบ ทำให้เซลที่ใบมีความดันสูง จะดันสารละลาย อาหาร ไปตามโฟลเอมจนถึงเซลต่าง ๆ เมื่อได้รับอาหารแล้ว จะมีกระบวนการเปลี่ยนแปลงสารอาหารเป็นสารอื่น ๆ ที่ไม่ละลายน้ำ ทำให้เซลปลายทาง มีความดันออสโมซิสต่ำ ความดันเต่งต่ำ
ที่มาhttp://www.qoolive.com/show_blog/1422/us/plant