Indoor Farming Photosynthetic… การสังเคราะห์แสงของพืชผักในอาคาร

Indoor Farming photosynthesis

อาชีพเกษตรกรรมแต่ไหนแต่ไรมา ล้วนอ้างอิงธรรมชาติและพึ่งพาธรรมชาติ โดยเฉพาะการเพาะปลูกที่ต้องพึ่งดินพึ่งน้ำพึ่งฤดูกาล เพราะพืชผักที่มนุษย์ใช้ดำรงชีวิตมาตั้งแต่ยุคขวานหินล่าสัตว์ มนุษย์คุ้นชินกับการกินพืชผักที่งอกจากดิน ซึ่งดินทำหน้าที่ช่วยกักน้ำกักปุ๋ยและประครองลำต้นเติบโตรับแสงแดด

การเตรียมแปลงเกษตรบนดินเพื่อหว่านพืชหวังผล จึงเป็นงานและภาระหนักของเกษตรกรมานาน โดยมีตัวแปรอย่างน้ำเลี้ยงรากและแดดส่องใบ เป็นตัวแปรสำคัญว่าจะได้ผลผลิตมีคุณภาพแค่ไหนอย่างไรและเท่าไหร่อีกด้วย

ประเด็นก็คือ… ค่าใช้จ่ายเตรียมดินปลูกพืชโดยทั่วไปไม่เคยราคาถูก ในขณะที่การหาน้ำให้พืชอย่างเพียงพอและสม่ำเสมอก็ไม่เคยปรากฏว่าราคาถูก และการควบคุมแสงส่องใบรวมทั้งอุณหภูมิแปลงปลูก… ก็ไม่ได้ง่ายที่จะจัดการ

โจทย์เรื่อง “ทำยากให้ง่าย” ในการจัดการเมื่อต้องผลิตพืชผัก จึงเป็นความท้าทายใหญ่ที่นักวิทยาศาสตร์การเกษตร และนักเทคโนโลยีการเกษตร หาทางเข้าไปควบคุมจัดการวงจรการผลิตพืชผัก ให้ได้ผลผลิตตามต้องการ

การพยายาม “ทำยากให้ง่าย” อย่างการเตรียมดิน หรือเตรียมแปลงปลูก มนุษย์เรียนรู้และถ่ายทอดเทคนิคการขุดดินใส่ปุ๋ยกำจัดวัชพืชมานาน และวิวัฒนาการเรื่องเตรียมแปลงปลูกก็ก้าวไกลเลยยุคแรงงานคนหรือสัตว์ มาถึงยุคเครื่องจักรอัตโนมัติและ AI เรียบร้อย

ในขณะที่ความพยายามในการ “แก้ยากให้ง่าย” เรื่องน้ำเพาะปลูก มนุษย์ก็เรียนรู้และถ่ายทอดเทคนิคการทำชลประทาน ไปจนถึงทำฝนเทียมได้แล้ว แม้สุดท้ายจะยังเหลือโจทย์ให้แก้อีกมากเรื่องน้ำท่วมฝนแล้ง

ส่วนเรื่องแสงและอุณหภูมิ ที่พืชผลใช้เป็นพลังในการเติบโตจนออกดอกออกผล มนุษย์กลับควบคุมอะไรแทบไม่ได้เลย ทั้งๆ ที่เป็นปัจจัยสำคัญหนึ่งในสามของการเจริญเติบโตของพืชผัก

แนวคิดการปลูกพืชในอาคารจึงพัฒนาบนพื้นฐานการควบคุมแสงกับน้ำเป็นสำคัญ… ซึ่งพื้นฐาน Indoor Farming Technology ที่ขาดไม่ได้แน่ๆ จึงมุ่งไปที่กลไกการจัดการน้ำและความชื้นโดยอัตโนมัติและชาญฉลาด เหมือนๆ กับที่ต้องการกลไกอัตโนมัติเรื่องแสงและอุณหภูมิอันชาญฉลาดอย่างยิ่งด้วย

วันนี้เลยขอตัดเอาหลักคิดและความรู้พื้นฐานเรื่องการจัดการแสงใน Indoor Farming มาสรุปเอาไว้พอเป็นแนวทางให้ Properea Fan ที่มีสอบถามเข้ามาสองสามท่าน!… ซึ่งเรื่องผิดพลาดที่สุดของการทำ Indoor Farming จากการพูดคุยสอบถามได้คือเรื่องแสง 

ซึ่งแสงสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสงหรือ Photosynthetic Action Spectrum… ง่ายๆ คือ แสงไม่พอพืชไม่โต แสงเกินพอต้นไม้ตาย และต้นไม้ต่างชนิดกันต้องการแสงไม่เหมือนกัน… ธรรมชาติของพืชผักและต้นไม้จึงปรับตัวอยู่รอดกับสภาพแสงจนกลายเป็นความหลากหลายทางชีวภาพ และเมื่อเราต้องการจะเลี้ยงพืชเหล่านั้นมาเป็นอาหาร เราจึงต้องเลียนแบบธรรมชาติเพื่อเลี้ยงพืชให้เป็นผลผลิต

ประเด็นก็คือ ธรรมชาติของต้นไม้พืชผักแต่ละชนิด ต้องการแสงไม่เหมือนกัน ทั้งๆ ที่โดยธรรมชาติของพืชผักเหล่านี้ พัฒนามาจากแหล่งกำเนิดแสงเดียวกันคือแสงอาทิตย์… พืชบางชนิดโตสวยเขียวกลางแดด แต่บางชนิดเจอแดดตรงๆ ใบไหม้ทันทีก็มี

ท่านที่เคยเรียนวิทยาศาสตร์จะรู้ว่า ในแสงสีขาวจะมีหลายช่วงคลื่นปนกันอยู่ เพียงแต่ตาธรรมชาติของมนุษย์มองไม่เห็นความต่างของช่วงคลื่นแสงละเอียดขนาดนั้น ส่วนพืชผักก็ไม่ได้ปลื้มแสงทุกช่วงคลื่นที่เอาปริซึมคลี่ดูจะเห็นคลื่นแสงหักเหไม่เท่ากัน สาดสีเป็นแถบสายรุ้งให้ตามนุษย์ได้เห็นความมหัศจรรย์ของแสง และธรรมชาติของพืชผักส่วนใหญ่ “ต้องการแสงเพียงบางช่วงคลื่นในบางเวลาเท่านั้น”

การทำ Indoor Farming แบบจัดแสงสีขาว หรือ Daylight เลียนแบบแสงอาทิตย์ หรือจัดแสงนวลตา หรือ Cool White เลียนแบบแสงธรรมชาติ หรือจัดแสงแบบแนวอบอุ่น หรือ Warm White เลียนแบบแสงเทียน… จึงเป็นการไม่เหมาะสมทั้งเรื่องสิ้นเปลืองกระแสไฟฟ้าเกินจำเป็น และเพิ่มอุณหภูมิห้องโดยไม่จำเป็นเช่นกัน

เพราะหลอดไฟแบบ Daylight, Cool White, และ Warm White ที่ใช้กันทั่วไปทุกกำลังส่องสว่าง ให้กำเนิดแสงทุกช่วงคลื่นออกมาเหมือนแสงอาทิตย์ ซึ่งพืชแต่ละชนิดแต่ละเวลาใช้ช่วงคลื่นเพียงย่านเดียวในการสังเคราะห์แสง… ซึ่งแปลได้ว่า เมื่อเราเปิดไฟส่องสว่างให้พืชผักในร่มของเราได้สังเคราะห์แสง พืชผักใช้แค่ความถี่ย่านเดียวและที่เหลือคือสูญเปล่า… แค่เราแบ่งช่วงคลื่นหยาบๆ ตามสเปกตรัมสีรุ้งพื้นฐาน 7 ย่าน พืชผักของเราจะใช้แค่ 1 และทิ้งไป 6 เลยทีเดียว

การจัดแสงใน Indoor Farming จึงเป็นเรื่องละเอียดอ่อนที่ Indoor Farmer จะต้องเข้าใจพื้นฐานนี้ก่อนเป็นเบื้องต้น

เมื่อกลับมาพิจารณา Photosynthetic Action Spectrum ของพืชผัก นักวิทยาศาสตร์จึงกำหนดวิธีการวัดและประเมินค่าของแสงในกลไกการสังเคราะห์แสงของพืชออกมาเป็น 4 ตัวชี้วัดเฉพาะ ซึ่งแตกต่างจากตัวชี้วัดทางสถาปัตยกรรมที่ใช้ออกแบบแสงสำหรับมนุษย์ที่วัดค่ากันเป็นแรงเทียน Lumen, Lux หรือ Watt ซึ่งตัวชี้วัดหรือมาตรวัดค่าแสงสำหรับพืชทั้ง 4 ตัวประกอบด้วย

1. PAR หรือ Photosynthetically Active Radiation… คือค่าของแสงในช่วงความถี่ 400-700 นาโนเมตร ซึ่งนักวิทยาศาสตร์พบว่า แสงในช่วงความถี่ 400-700 nm คือช่วงแสงที่มีประโยชน์ต่อการสังเคราะห์แสงของพืช… ค่า PAR เป็นค่าคุณสมบัติของแหล่งกำเนิดแสง PAR หรือหลอดไฟหลอดนั้นให้แสง PAR เท่าไหร่

2. PPF หรือ Photosynthetic Photon Flux… คือการวัดอัตราแสง PAR ที่แหล่งกำเนิดแสง PAR ในช่วงความถี่ 400-700 nm ปล่อย Photons ออกมาต่อหนึ่งหน่วยเวลา ซึ่งค่าปกติคือ PAR ต่อวินาที มีหน่วยวัดเป็นไมโครโมลต่อวินาที หรือ μmol/second… ค่า PPF ก็ยังเป็นคุณสมบัติของแหล่งกำเนิดแสงหรือหลอดไฟเช่นกัน

3. PPFD หรือ Photosynthetic Photon Flux Density… คือค่าความหนาแน่นของ Photons จากแหล่งกำเนิดแสงที่พืชดูดซับไปใช้ในการสังเคราะห์แสง ซึ่งในทางเทคนิคก็คือการวัดค่า PPF ที่มาถึงใบพืชที่ทำหน้าที่ดูดซับแสงไปใช้ ซึ่งค่า PPFD ที่ได้จะบอกถึงประสิทธิภาพของการสังเคราะห์แสงโดยตรงของพืชผักได้ด้วย ค่า PPFD จึงมีหน่วยวัดเป็นไมโครโมลต่อตารางเมตรต่อวินาที หรือ μmol /m2/s อ้างอิงตัวแปรพื้นที่เพิ่มเข้ามา

4. DLI หรือ Daily Light Integral… คือค่าของแสงที่พืชผักได้รับต่อวัน ซึ่งพืชแต่ละชนิดต้องการแสงต่อวันแตกต่างกันไปที่ Indoor Farmers ต้องเรียนรู้ธรรมชาติของพืชผักที่จะปลูก เพราะนอกจากจะต้องให้แสงในระดับที่ PPFD เหมาะสมแล้ว ยังต้องรู้ว่าแต่ละวันต้องให้ไปนานกี่ชั่วโมงนาที… น้อยไปก็ลดประสิทธิภาพ มากไปก็เปลืองค่าไฟเปล่า… ค่า DLI มีหน่วยเป็นไมโครโมลต่อตารางเมตรต่อวัน หรือ μmol/m2/d

ประเด็นทางเทคนิคเรื่องแสงใน Indoor Farming เป็นเรื่องละเอียดอ่อนมากครับ ซึ่งความเห็นส่วนตัวมองว่าเป็นเรื่องหลักเรื่องแรกของการออกแบบโรงเรือนทำ Indoor Farming… ข้อมูลแสงอย่าง PPFD และ DLI ของพืชที่จะปลูกกับหลอดไฟที่จะลงทุน รวมทั้งโครงสร้างเพื่อติดตั้งหลอดไฟแหล่งกำเนิดแสง… ต้องรู้ก่อน คิดก่อนและออกแบบอย่างดีก่อนจะได้ไม่วุ่นวายทีหลัง

ขาดเหลือหลังไมล์มาครับ… Line @properea ยินดีพูดคุย

อ้างอิง

Share this post

Share on facebook
Share on google
Share on twitter
Share on linkedin
Share on pinterest
Share on print
Share on email
Add Properea's Friend

เพิ่ม Properea.com เป็นเพื่อนทาง Line
ท่านจะได้ Link บทความใหม่ส่งตรงให้อย่างสม่ำเสมอโดยรบกวนแต่น้อย

Related Post

Token Based Economy

Token Based Economy… โอกาสและความท้าทาย

ถ้าซื้อบ้านและที่ดินง่ายดายเหมือนการซื้อตั๋วเครื่องบินบนแพลตฟอร์ม ซึ่งสามารถเอาข้อมูลการเป็นเจ้าของตั๋วไปใช้ขึ้นเครื่องบินและเดินทางจริงๆ ได้… และทำแบบเดียวกันกับอสังหาริมทรัพย์ อะไรๆ จะเปลี่ยนไปแค่ไหน?… และถ้าแม้แต่บ้านและที่ดินก็สามารถ Digitized กันได้ง่ายๆ เหมือนซื้อตั๋วเครื่องบิน… สินทรัพย์และการลงทุนอื่นๆ ก็คงไม่มีอะไรที่เป็นไปไม่ได้…

agile marketing

Agile Marketing

Agile Marketing เป็นแนวทางคิดเดียวกับแนวคิด Agile ที่พัฒนาขึ้นใช้ในขั้นตอนการพัฒนาซอฟท์แวร์ เพื่อแก้ไขขั้นตอนการทำงานแบบ Waterfall ที่เคยมีชั้นมีลำดับการตัดสินใจ ทำให้เกิดขั้นตอนชักช้าในระบบและกระบวนการ… จนต้องนำแนวคิดการทำงานให้ว่องไว หรือ Agility มาใช้ทดแทนความเชื่องช้าที่เคยมี

Thai Fex

THAIFEX – Anuga Asia 2020

THAIFEX เป็นงานแสดงสินค้าอาหารและเครื่องดื่มระดับโลก ซึ่งจะมีการเจรจาธุรกิจกับผู้ผลิต ผู้ส่งออก ผู้นำเข้า และตัวแทนจำหน่ายสินค้าในธุรกิจอาหารและเครื่องดื่มจากไทยและทั่วโลกมากมายระดับโลก… ภายในบริเวณงานจะได้ชมการแสดงสินค้า เทคโนโลยี และบริการ ทางด้านอาหาร อัปเดตสถานการณ์และเทรนด์นวัตกรรมของธุรกิจอาหาร

Bio Complex และ Bio Refine ที่ตาคลี… เปลี่ยนเรือกสวนไร่นาบนที่ราบภาคเหนือตอนล่างสู่ยั่งยืน!

ประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรมมายาวนาน และเราคงเป็นประเทศเกษตรกรรมต่อไปอีกนานเท่านาน… ผมพูดแบบนี้ไม่ใช่ความเชื่อหรือความเห็นส่วนตัวครับ เพราะผมกำลังจะพูดถึงแนวคิดเรื่อง Bio Economy ที่รัฐบาลโดยกระทรวงอุตสาหกรรมและทุกภาคส่วน ผลักดันแผนงานอย่างเป็นรูปธรรม จนปลายปี 2561 นี้