Vertical Farming หรือการปลูกพืชแนวตั้ง คือการจัดพื้นที่ปลูกให้ซ้อนกันหลายระดับ เพื่อเพิ่มพื้นที่ผลิตภายในพื้นที่อาคารหรือพื้นที่ดินขนาดจำกัด ระบบอาจใช้ชั้นวางแนวนอน รางปลูกหลายชั้น หอปลูกแนวตั้ง หรือโครงสร้างรูปแบบอื่นตามชนิดพืชและกระบวนการทำงาน
หลายคนเข้าใจว่า Vertical Farming ต้องเป็นห้องปิดที่ใช้ไฟปลูกพืชและระบบอัตโนมัติทั้งหมด แต่ความจริงแล้วคำว่า Vertical Farming อธิบาย “วิธีจัดพื้นที่ปลูก” เป็นหลัก ส่วนระดับการควบคุมแสง อุณหภูมิ ความชื้น น้ำ ปุ๋ย และอากาศจะแตกต่างกันไปในแต่ละฟาร์ม
ระบบจึงมีได้ตั้งแต่ชั้นปลูกขนาดเล็กสำหรับเพาะกล้า ไปจนถึง Plant Factory ที่ควบคุมสภาพแวดล้อมและบันทึกข้อมูลการผลิตอย่างละเอียด
Vertical Farming ต่างจาก Indoor Farming และ Plant Factory อย่างไร?
คำเหล่านี้เกี่ยวข้องกัน แต่ไม่ได้มีความหมายเหมือนกันทั้งหมด
| คำเรียก | ความหมายหลัก |
|---|---|
| Vertical Farming | การจัดพื้นที่ปลูกซ้อนกันในแนวตั้งหรือหลายชั้น |
| Indoor Farming | การปลูกพืชภายในอาคาร ไม่จำเป็นต้องวางหลายชั้น |
| Plant Factory | ระบบผลิตพืชที่ควบคุมสภาพแวดล้อมและกระบวนการผลิตอย่างเป็นระบบ |
| PFAL | Plant Factory ที่ใช้แสงประดิษฐ์เป็นแหล่งแสงหลัก |
| Hydroponics | วิธีให้ธาตุอาหารแก่รากโดยไม่ใช้ดิน สามารถทำทั้งกลางแจ้ง โรงเรือน และในอาคาร |
| CEA | แนวคิดการผลิตพืชภายใต้สภาพแวดล้อมควบคุม ครอบคลุมโรงเรือน Indoor Farming และ Plant Factory |
Vertical Farming แห่งหนึ่งจึงอาจเป็นทั้ง Indoor Farming, Plant Factory, PFAL และระบบไฮโดรโปนิกส์พร้อมกันได้ แต่การปลูกไฮโดรโปนิกส์ทั่วไปไม่ได้หมายความว่าจะเป็น Vertical Farming เสมอไป
สามารถอ่านความสัมพันธ์ของระบบเหล่านี้เพิ่มเติมได้จากบทความ Controlled Environment Agriculture (CEA) คืออะไร? และ Indoor Farming ต่างจาก Plant Factory อย่างไร
รูปแบบของ Vertical Farming
1. ชั้นปลูกแบบแนวนอนซ้อนกัน
เป็นรูปแบบที่พบได้บ่อย ใช้ชั้นวางรองรับถาดหรือรางปลูก แต่ละชั้นมีระบบไฟและระบบจ่ายน้ำแยกตามความเหมาะสม
ข้อดีคือคำนวณพื้นที่ปลูกและจัดการผลผลิตได้ง่าย เหมาะกับผักสลัด เบบี้ลีฟ สมุนไพร ต้นกล้า และพืชทรงเตี้ย
อย่างไรก็ตาม ต้องออกแบบระยะห่างระหว่างชั้นให้พอกับความสูงของต้น ระยะติดตั้งโคมไฟ การไหลเวียนอากาศ และพื้นที่สำหรับทำงาน
2. หอปลูกหรือรางปลูกแนวตั้ง
พืชถูกจัดวางรอบเสาหรือโครงสร้างแนวตั้ง ช่วยใช้พื้นที่ด้านข้างและความสูงของอาคาร เหมาะกับพื้นที่จำกัดหรือการทำระบบสาธิต
ระบบนี้ต้องตรวจสอบให้แต่ละตำแหน่งได้รับแสง น้ำ และธาตุอาหารใกล้เคียงกัน เพราะต้นที่อยู่ต่างระดับหรือต่างด้านอาจได้รับสภาพแวดล้อมไม่เท่ากัน
3. ระบบปลูกภายในห้องหรือคอนเทนเนอร์
เป็นพื้นที่ปิดที่สามารถควบคุมแสง อุณหภูมิ ความชื้น และเวลาให้แสงได้ค่อนข้างละเอียด เหมาะกับงานทดลอง การผลิตต้นกล้า หรือพืชมูลค่าสูงที่ต้องการสภาพแวดล้อมสม่ำเสมอ
ข้อจำกัดสำคัญคือพื้นที่ติดตั้งอุปกรณ์ การระบายความร้อน การลดความชื้น และความสะดวกในการเข้าไปทำงานภายในพื้นที่แคบ
4. ระบบหลายชั้นภายในโรงเรือน
สามารถใช้แสงธรรมชาติร่วมกับแสงเสริมเพื่อลดการพึ่งพาไฟปลูกพืช แต่ต้องระวังชั้นบนบังแสงชั้นล่าง รวมถึงความร้อนและความชื้นที่ไม่เท่ากันในแต่ละระดับ
จำนวนชั้นจึงไม่ได้เพิ่มได้ตามความสูงของโรงเรือนเพียงอย่างเดียว ต้องพิจารณาการกระจายแสงและการระบายอากาศร่วมด้วย
ระบบสำคัญที่ต้องมี
โครงสร้างและชั้นปลูก
โครงสร้างต้องรับน้ำหนักราง น้ำ ปุ๋ย ต้นพืช โคมไฟ ท่อ และอุปกรณ์ได้อย่างปลอดภัย ต้องมีทางเดินเพียงพอสำหรับปลูก ตรวจพืช เก็บเกี่ยว และทำความสะอาด
การเพิ่มจำนวนชั้นโดยไม่คำนึงถึงการทำงานอาจทำให้ได้พื้นที่ปลูกมากขึ้นบนกระดาษ แต่ใช้แรงงานสูงและดูแลระบบได้ยาก
ระบบปลูกและบริเวณราก
Vertical Farming สามารถใช้ระบบ NFT, DFT, DWC, ระบบวัสดุปลูก หรือ Aeroponics ได้ การเลือกระบบต้องสัมพันธ์กับชนิดพืช ระยะเวลาปลูก น้ำหนักราก และความเสี่ยงเมื่อปั๊มหยุดทำงาน
ระบบน้ำหมุนเวียนควรออกแบบให้ตรวจสอบและทำความสะอาดถัง ท่อ ราง และตัวกรองได้ง่าย เพราะปัญหาที่เกิดขึ้นในน้ำชุดเดียวกันสามารถกระจายไปหลายชั้นปลูกได้
ระบบแสง
ระบบที่ไม่ได้รับแสงธรรมชาติต้องใช้ไฟปลูกพืชเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการสังเคราะห์แสง การเลือกไฟจึงไม่ควรดูเฉพาะกำลังวัตต์หรือสีของแสง แต่ควรพิจารณา PPFD, DLI, ระยะห่างจากยอดพืช การกระจายแสง และความร้อนจากโคม
สามารถอ่านรายละเอียดได้จากบทความ การออกแบบแสงใน Plant Factory และ วิธีเลือกรูปแบบไฟปลูกพืช
ระบบควบคุมอุณหภูมิและความชื้น
พืชคายน้ำออกมาสู่อากาศตลอดเวลา เมื่อเพิ่มจำนวนชั้นและจำนวนต้น ความชื้นภายในห้องจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย
ระบบปรับอากาศจึงต้องรับภาระทั้งความร้อนจากไฟ อุปกรณ์ และความชื้นจากพืช หากลดความชื้นไม่เพียงพอ อาจเกิดการควบแน่น โรคพืช และการดูดธาตุอาหารที่ผิดปกติได้
ระบบน้ำและธาตุอาหาร
ควรตรวจวัดและจัดการอย่างน้อยดังนี้
- ค่า pH และ EC
- อุณหภูมิน้ำ
- ระดับน้ำในถัง
- อัตราการไหลของแต่ละชั้น
- ความสะอาดของถังและท่อ
- ปริมาณน้ำและปุ๋ยที่ใช้ต่อรอบ
- การแจ้งเตือนเมื่อปั๊มหยุดหรือระดับน้ำผิดปกติ
ค่าเป้าหมายต้องกำหนดตามชนิดพืช อายุพืช สูตรปุ๋ย และระบบราก ไม่ควรใช้ค่าเดียวกับพืชทุกชนิด
เซนเซอร์และระบบควบคุม
Vertical Farming สามารถเริ่มจากเครื่องวัดแบบพกพาและการบันทึกข้อมูลด้วยคนก่อน แล้วค่อยเพิ่มเซนเซอร์ออนไลน์และระบบอัตโนมัติเมื่อทราบว่าค่าใดมีผลต่อการผลิตจริง
ค่าที่มักนำมาตรวจวัด ได้แก่
- อุณหภูมิและความชื้นอากาศ
- อุณหภูมิน้ำ
- แสงหรือ PPFD
- ค่า pH และ EC
- คาร์บอนไดออกไซด์
- ระดับน้ำ
- สถานะปั๊ม พัดลม และเครื่องปรับอากาศ
- การใช้พลังงานไฟฟ้า
ระบบที่ดีไม่ควรมีเพียงหน้า Dashboard แต่ต้องแจ้งเตือนเมื่อค่าผิดปกติ และมีวิธีทำงานต่อเมื่อเซนเซอร์ อินเทอร์เน็ต หรืออุปกรณ์ควบคุมขัดข้อง
อ่านแนวทางเลือกเซนเซอร์ได้จากบทความ เซนเซอร์การเกษตรสำหรับ Smart Farm
พืชชนิดใดเหมาะกับ Vertical Farming?
พืชที่เหมาะกับการปลูกหลายชั้นมักมีลักษณะดังนี้
- ทรงต้นไม่สูงมาก
- อายุเก็บเกี่ยวสั้น
- ปลูกได้หนาแน่น
- น้ำหนักต่อต้นไม่มาก
- มีตลาดรองรับต่อเนื่อง
- ราคาขายสัมพันธ์กับต้นทุนระบบ
- สามารถกำหนดคุณภาพหรือรอบผลิตได้ชัดเจน
ตัวอย่างเช่น ผักสลัด เบบี้ลีฟ เคล โหระพา เบซิล สะระแหน่ ไมโครกรีน ต้นกล้า และสมุนไพรบางชนิด
สตรอว์เบอร์รี มะเขือเทศ หรือพืชที่ให้ผลสามารถปลูกในสภาพแวดล้อมควบคุมได้ แต่ต้องเพิ่มพื้นที่เหนือทรงพุ่ม ระบบค้าง การผสมเกสร และระยะเวลาครอบครองพื้นที่ จึงควรศึกษาตลาดและต้นทุนเป็นรายพืช
พืชไร่ราคาต่อหน่วยต่ำ พืชเถาขนาดใหญ่ และพืชที่ต้องใช้พื้นที่รากมาก มักไม่ใช่ตัวเลือกแรกสำหรับระบบหลายชั้นเชิงพาณิชย์
Vertical Farming ให้ผลผลิตสูงกว่าเสมอหรือไม่?
การเพิ่มจำนวนชั้นทำให้ “พื้นที่ปลูกสุทธิ” เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับพื้นที่พื้นอาคาร แต่ไม่ได้หมายความว่าผลผลิตขายได้จะเพิ่มตามจำนวนชั้นโดยอัตโนมัติ
ต้องพิจารณาปัจจัยอื่นร่วมด้วย เช่น
- พื้นที่ทางเดินและพื้นที่เตรียมงาน
- ความหนาแน่นของต้น
- อัตราการรอด
- ระยะเวลาปลูกต่อรอบ
- เวลาที่ระบบว่างระหว่างล้างและเริ่มรอบใหม่
- ความสม่ำเสมอของแสง น้ำ และอากาศ
- สัดส่วนผลผลิตที่ผ่านมาตรฐานขาย
- ความสามารถของแรงงานในการดูแลทุกชั้น
สามารถใช้สูตรเบื้องต้นได้ดังนี้
พื้นที่ปลูกสุทธิ = พื้นที่ถาดหรือรางต่อชั้น × จำนวนชั้น × จำนวนชุดปลูก
และประเมินผลผลิตขายได้จาก
ผลผลิตขายได้ = พื้นที่ปลูกสุทธิ × ความหนาแน่นปลูก × อัตรารอด × น้ำหนักขายเฉลี่ย
ตัวเลขที่ใช้ควรมาจากรอบทดลองจริง ไม่ควรใช้เฉพาะข้อมูลจากผู้จำหน่ายอุปกรณ์หรือค่าที่ได้จากสภาพแวดล้อมคนละพื้นที่
ข้อดีของ Vertical Farming
- เพิ่มพื้นที่ปลูกภายในพื้นที่อาคารจำกัด
- ลดผลกระทบโดยตรงจากฝน ลม และสภาพอากาศภายนอก
- วางแผนรอบผลิตได้สม่ำเสมอกว่าการปลูกกลางแจ้ง
- ควบคุมคุณภาพ น้ำ และธาตุอาหารได้ละเอียดขึ้น
- ลดการสูญเสียน้ำได้เมื่อใช้ระบบหมุนเวียนที่ออกแบบเหมาะสม
- วางระบบสุขอนามัยและการป้องกันศัตรูพืชได้เป็นขั้นตอน
- เก็บข้อมูลแต่ละรอบเพื่อนำมาปรับปรุงการผลิตได้
อย่างไรก็ตาม ระบบควบคุมไม่ได้ทำให้ฟาร์มมีประสิทธิภาพโดยอัตโนมัติ ผลลัพธ์ยังขึ้นอยู่กับการออกแบบ การจัดการพืช ความสามารถของผู้ดูแล และตลาดปลายทาง
รายงานของ USDA ระบุว่าระบบ CEA มีโอกาสลดการใช้น้ำและสารเคมี แต่โดยทั่วไปต้องแลกกับการใช้พลังงานที่สูงขึ้น ส่วน Cornell ให้ความสำคัญกับการจัดการพลังงานว่าเป็นปัจจัยหลักของการผลิตในสภาพแวดล้อมควบคุม (USDA Economic Research Service, Cornell CEA)
ข้อจำกัดที่ควรทราบก่อนลงทุน
เงินลงทุนเริ่มต้นสูง
ค่าใช้จ่ายไม่ได้มีเฉพาะชั้นปลูกและไฟ แต่รวมถึงห้อง ระบบไฟฟ้า เครื่องปรับอากาศ ระบบลดความชื้น ถังน้ำ ปั๊ม ระบบสำรองไฟ เซนเซอร์ และพื้นที่เตรียมผลผลิต
ค่าไฟมีผลโดยตรงต่อต้นทุน
ควรแยกวัดการใช้ไฟของไฟปลูกพืช ระบบทำความเย็น ระบบลดความชื้น ปั๊มน้ำ พัดลม และอุปกรณ์ควบคุม เพื่อให้ทราบว่าพลังงานถูกใช้กับส่วนใดมากที่สุด
ความเสียหายสามารถเกิดพร้อมกันหลายชั้น
เมื่อหลายชั้นใช้น้ำ อากาศ หรือระบบควบคุมร่วมกัน ความขัดข้องเพียงจุดเดียวอาจกระทบพืชจำนวนมาก จึงควรมีสัญญาณเตือน อุปกรณ์สำรอง และวิธีทำงานด้วยมือในกรณีฉุกเฉิน
ไม่ใช่พืชทุกชนิดจะคุ้มค่า
การปลูกได้ทางเทคนิคไม่ได้แปลว่าขายแล้วมีกำไร ต้องคำนวณต้นทุนต่อหน่วย ผลผลิตที่ขายได้จริง ราคาตลาด และความสม่ำเสมอของคำสั่งซื้อก่อนขยายระบบ
วิธีเริ่มต้น Vertical Farming อย่างเป็นขั้นตอน
1. เริ่มจากตลาดและข้อกำหนดของสินค้า
กำหนดก่อนว่าจะขายอะไร ขายให้ใคร ปริมาณเท่าไรต่อสัปดาห์ และลูกค้าต้องการน้ำหนัก ขนาด สี กลิ่น หรือคุณภาพแบบใด
2. เลือกพืชและระบบปลูก
ทดลองพันธุ์พืช ระบบราก ความหนาแน่น ระยะเก็บเกี่ยว และสูตรปุ๋ยให้เหมาะกับสภาพแวดล้อมจริง
3. ทำระบบทดลองขนาดเล็ก
เริ่มจากชั้นปลูกหนึ่งชุดหรือห้องทดลองขนาดเล็ก เพื่อหาข้อมูลการใช้ไฟ แรงงาน อัตรารอด และผลผลิตขายได้ต่อรอบ
4. เก็บข้อมูลหลายรอบการผลิต
ไม่ควรตัดสินจากรอบที่ดีที่สุดเพียงรอบเดียว ควรดูความสม่ำเสมอ ปัญหาที่เกิดซ้ำ และเวลาที่ใช้ทำความสะอาดหรือซ่อมบำรุงด้วย
5. คำนวณก่อนขยายระบบ
ต้นทุนที่ควรรวม ได้แก่ ค่าเสื่อมอุปกรณ์ ค่าไฟ น้ำ ปุ๋ย เมล็ดพันธุ์ วัสดุสิ้นเปลือง แรงงาน บรรจุภัณฑ์ ของเสีย และค่าขนส่ง
อ่านรายละเอียดส่วนประกอบของระบบได้จากบทความ ระบบ Plant Factory มีอะไรบ้าง
Vertical Farming เหมาะกับประเทศไทยหรือไม่?
ประเทศไทยสามารถใช้ Vertical Farming ได้ แต่ต้องออกแบบให้เหมาะกับสภาพอากาศร้อนชื้นและราคาพลังงาน ไม่ควรนำรูปแบบจากประเทศอากาศเย็นมาใช้โดยไม่คำนวณภาระความเย็นและความชื้นใหม่
ระบบมีโอกาสเหมาะกับงานที่ต้องการอย่างน้อยหนึ่งข้อดังต่อไปนี้
- ผลิตพืชมูลค่าสูง
- ต้องการคุณภาพสม่ำเสมอ
- ต้องการวัตถุดิบตามข้อกำหนดเฉพาะ
- มีพื้นที่จำกัด
- ต้องการผลิตต้นกล้าหรือพืชทดลอง
- ต้องการเก็บข้อมูลเพื่อพัฒนาสูตรการปลูก
- มีตลาดที่พร้อมจ่ายให้กับคุณภาพและความแน่นอนของสินค้า
หากยังไม่มีตลาดแน่นอน พืชมีราคาขายต่ำ หรือไม่สามารถควบคุมค่าไฟได้ การเริ่มจากโรงเรือนหรือระบบไฮโดรโปนิกส์ชั้นเดียวอาจเหมาะสมกว่า
สรุป
Vertical Farming คือการเพิ่มพื้นที่ผลิตด้วยการจัดแปลงปลูกหลายระดับ ไม่ได้หมายถึงการติดไฟและระบบอัตโนมัติเพียงอย่างเดียว ความสำเร็จของระบบขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างพืช ตลาด ชั้นปลูก แสง ระบบน้ำ การควบคุมอากาศ พลังงาน แรงงาน และการบำรุงรักษา
แนวทางที่เหมาะสมคือเริ่มจากระบบทดลอง เก็บข้อมูลผลผลิตและต้นทุนจริงหลายรอบ แล้วจึงออกแบบการขยายระบบ การเพิ่มจำนวนชั้นควรเกิดขึ้นหลังจากพิสูจน์แล้วว่าสามารถรักษาคุณภาพและขายผลผลิตได้อย่างต่อเนื่อง
สำหรับภาพรวมของเนื้อหาในกลุ่มนี้ สามารถอ่านต่อได้ที่ ศูนย์รวมความรู้ Plant Factory
