การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นเมื่อพืชเปลี่ยนแสงให้กลายเป็นพลังงานที่ใช้ในการเจริญเติบโตได้ ซึ่งสีต่าง ๆ ในแสงมีผลต่อการเจริญเติบโตของพืชในแต่ละช่วงวัยแตกต่างกัน แสงสีฟ้าที่มีความยาวคลื่นประมาณ 400 ถึง 500 นาโนเมตร ช่วยให้ใบและลำต้นพัฒนาอย่างเหมาะสม ในขณะที่แสงสีแดงที่มีความยาวคลื่นระหว่าง 600 ถึง 700 นาโนเมตร มักกระตุ้นให้เกิดการออกดอกและติดผล ตามการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature เมื่อปี 2019 สำหรับผู้ประกอบการเรือนเพาะปลูก การควบคุมสมดุลของความเข้มของแสงและช่วงสเปกตรัมสีจึงมีความสำคัญมาก เมื่อรังสี PAR ที่ครอบคลุมช่วงความยาวคลื่น 400 ถึง 700 นาโนเมตรไม่เพียงพอ พืชผลจะไม่สามารถเติบโตได้อย่างเต็มศักยภาพ งานวิจัยบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าผลผลิตอาจลดลงเกือบหนึ่งในสามเมื่อเรือนเพาะปลูกรองรับแสงไม่เพียงพอ
เครื่องวัดค่าลักซ์ทำงานโดยการวัดแสงที่มองเห็นได้ตามความไวของดวงตาคนเราต่อความยาวคลื่นต่างๆ โดยมีจุดความไวสูงสุดอยู่ที่ประมาณ 550 นาโนเมตรในช่วงแสงสีเขียวเหลือง แต่ปัญหาคือมันกลับละเลยไปถึงประมาณ 43% ของสเปกตรัมแสงทั้งหมดที่พืชใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสง ผลลัพธ์ก็คือเกิดช่องว่างที่ค่อนข้างใหญ่ระหว่างสิ่งที่ดูดีในสายตาคนเรากับสิ่งที่พืชต้องการจริงๆ ยกตัวอย่างเช่น การอ่านค่า 10,000 ลักซ์ อาจดูเหมือนสว่างเพียงพอเมื่อเรามองด้วยตาเปล่า แต่ต้นมะเขือเทศต้องการแสงในช่วง 400 ถึง 600 ไมโครโมลต่อตารางเมตรต่อวินาที เพื่อการเจริญเติบโตที่เหมาะสม นั่นหมายความว่าแม้แสงจะดูเพียงพอสำหรับดวงตาคนเรา แต่ก็อาจยังไม่เพียงพอต่อการพัฒนาของพืชอย่างมีสุขภาพดี
การวัดค่าลักซ์ (Lux) แทบไม่สามารถบอกเราเกี่ยวกับค่า PAR หรือการติดตามปริมาณแสงที่พืชใช้ได้ในแต่ละวัน (Daily Light Integral - DLI) ได้มากนัก ซึ่งโดยพื้นฐานแล้ว DLI วัดว่าพืชได้รับแสงที่ใช้ประโยชน์ได้จริงในแต่ละวันเท่าใด พืชผักใบส่วนใหญ่จะเติบโตดีที่สุดที่ประมาณ 12 ถึง 17 โมลของแสงต่อตารางเมตรต่อวัน แต่เมื่อพิจารณาพืชที่ออกดอก เช่น มะเขือเทศ ความต้องการแสงจะเพิ่มขึ้นใกล้เคียงกับ 20-30 โมลต่อวันเพื่อการเจริญเติบโตอย่างเหมาะสม งานวิจัยล่าสุดจากเรือนกระจกในปี 2023 ยังเปิดเผยข้อมูลที่น่าสนใจอีกด้วย แม้เกษตรกรจะควบคุมระดับลักซ์ให้เท่ากันอย่างแม่นยำ แต่ผลผลิตของพืชยังมีความแตกต่างกันถึง 22% เนื่องจากปัจจัยอย่างคุณภาพของสเปกตรัมแสง และระยะเวลาที่พืชได้รับแสงต่อวัน ไม่ได้ถูกพิจารณาอย่างเหมาะสม สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่า การวัดแสงแบบดั้งเดิมมีข้อจำกัดเพียงใด เมื่อมันอิงตามการรับรู้ของมนุษย์ แทนที่จะเป็นความต้องการที่แท้จริงของพืช
รังสีที่มีบทบาทในการสังเคราะห์ด้วยแสง หรือที่เรียกว่า พาร์ (PAR) ครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นของแสงตั้งแต่ 400 ถึง 700 นาโนเมตร ซึ่งเป็นช่วงที่ขับเคลื่อนกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชอย่างแท้จริง สิ่งนี้แตกต่างจากการวัดค่าลักซ์ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วบอกเราเกี่ยวกับความสว่างที่ตามนุษย์มองเห็นได้ แทนที่จะเป็นเช่นนั้น พาร์จะถูกวัดเป็นไมโครโมลต่อตารางเมตรต่อวินาที และบ่งบอกถึงประเภทของแสงที่พืชสามารถใช้ประโยชน์ได้อย่างแท้จริง การศึกษาหนึ่งที่ตีพิมพ์เมื่อปีที่แล้วในวารสาร Scientific Reports แสดงผลลัพธ์ที่น่าสนใจเมื่อเกษตรกรปรับไฟสำหรับการปลูกให้มีอัตราส่วนแสงสีแดง 3 ส่วนต่อแสงสีน้ำเงิน 1 ส่วน พืชผักกาดหอมและโหระพาที่ปลูกภายใต้สภาวะดังกล่าวให้ผลผลิตมากกว่าประมาณ 18% เมื่อเทียบกับที่ปลูกภายใต้แสงขาวปกติ ซึ่งบ่งชี้ว่าการปรับแต่งสเปกตรัมของพาร์ที่จัดส่งไปยังพืชอย่างละเอียดสามารถสร้างความแตกต่างที่แท้จริงต่อผลผลิตของพืชได้
DLI วัดปริมาณแสง PAR ที่พืชได้รับตลอดทั้งวัน ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อต้องการจัดสภาพแสงให้เหมาะสมกับความต้องการของพืชแต่ละชนิด พืชในช่วงวัยเยาว์โดยทั่วไปจะเจริญเติบโตดีด้วยค่า DLI ประมาณ 8 ถึง 12 โมลต่อตารางเมตรต่อวัน แต่ความต้องการนี้จะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อพืชเติบโต เช่น กรณีของมะเขือเทศ ซึ่งมักต้องการค่า DLI ระหว่าง 20 ถึง 30 โมล/ตร.ม./วัน เพื่อให้เกิดการผลิตผลอย่างเหมาะสม การใช้เซ็นเซอร์อัจฉริยะในการติดตามค่า DLI แบบเรียลไทม์ ช่วยให้เกษตรกรหลีกเลี่ยงปัญหาทั่วไปได้ แสงไม่เพียงพอจะทำให้การเจริญเติบโตของพืชช้าลง ในขณะที่แสงมากเกินไปจะทำให้สิ้นเปลืองค่าไฟฟ้าโดยใช่เหตุ และอาจส่งผลเสียต่อพืชจากการได้รับแสงมากเกินไป การควบคุมสมดุลนี้ให้เหมาะสมจึงเป็นปัจจัยสำคัญที่สุดในการดำเนินงานโรงเรือน
แม้ว่าเกษตรกรบางรายจะใช้การแปลงค่าคร่าวๆ (1 ไมโครโมล/ตร.ม./วินาที ≈ 54 ลักซ์ สำหรับหลอด LED สีขาว) แต่วิธีนี้มีข้อบกพร่องอย่างมาก:
การวิเคราะห์อุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่า 500 ลักซ์จากไฟ LED สีชมพูให้พลังงาน PAR ที่ใช้การได้มากกว่าไฟ LED สีขาวในระดับลักซ์เดียวกันถึง 72% ซึ่งชี้ให้เห็นถึงความไม่น่าเชื่อถือของการแปลงค่าข้ามแหล่งกำเนิดแสง
เซ็นเซอร์ควอนตัมถูกออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อวัดค่า PAR และ PPFD ภายในช่วงความยาวคลื่น 400 ถึง 700 นาโนเมตร ซึ่งเป็นช่วงที่พืชตอบสนองต่อแสงอย่างแท้จริง ต่างจากมิเตอร์วัดค่าลักซ์ทั่วไปที่ทำงานตามการมองเห็นของมนุษย์ เซ็นเซอร์พิเศษเหล่านี้ให้ค่าอ่านที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการเจริญเติบโตของพืช เมื่อปีที่แล้วงานวิจัยบางชิ้นก็แสดงผลลัพธ์ที่ค่อนข้างดี—เมื่อเกษตรกรใช้ระบบควบคุมที่อ้างอิงจากเซ็นเซอร์ควอนตัมแทนการพึ่งพาการวัดค่าลักซ์เพียงอย่างเดียว ผลผลิตของพวกเขาเพิ่มขึ้นถึง 18 เปอร์เซ็นต์ สำหรับผู้ที่บริหารเรือนเพาะปลูกขนาดใหญ่ที่มีหลายโซน การต่อเซ็นเซอร์ควอนตัมผ่านสายเคเบิลจะช่วยให้สามารถตรวจสอบพื้นที่ที่ได้รับแสงแดดและพื้นที่ที่มีร่มเงาพร้อมกันได้ สิ่งนี้ช่วยรักษาระดับการให้แสงที่สม่ำเสมอทั่วทั้งพื้นที่เพาะปลูก ซึ่งส่งผลอย่างชัดเจนต่อสุขภาพและความสามารถในการผลิตของพืช
แม้ว่ามิเตอร์วัดค่าลักซ์ดิจิทัลพื้นฐาน (<$100) จะมีราคาไม่แพงและเหมาะสำหรับการตรวจสอบแสงโดยทั่วไป แต่ข้อจำกัดด้านความผิดเพี้ยนของสเปกตรัมทำให้ไม่แม่นยำในการเกษตรเชิงแสง ขณะที่เครื่องมือระดับมืออาชีพสามารถให้ความแม่นยำและความสามารถที่เหนือกว่า:
| คุณลักษณะ | มิเตอร์วัดลักซ์พื้นฐาน | เครื่องมือระดับมืออาชีพ | 
|---|---|---|
| ช่วงสเปกตรัม | 400-700 นาโนเมตร (มนุษย์) | 400-700 นาโนเมตร (พืช) | 
| บันทึกข้อมูล | LIMITED | มากกว่า 30,000 การอ่านค่า | 
| การแปลงค่า PPFD | ความคลาดเคลื่อน ±30% | ความคลาดเคลื่อน <±5% | 
มิเตอร์วัดค่าความเข้มแสง (Lux meters) ทำงานได้ดีพอสมควรเมื่อต้องการตรวจสอบความคงที่ของระดับแสงในแต่ละวัน ซึ่งช่วยในการตัดสินใจว่าควรจะติดผ้าบังแสงหรือเปิดไฟเพิ่มเมื่อใด ข้อจำกัดอยู่ตรงที่อุปกรณ์เหล่านี้ไม่สามารถตรวจจับบางช่วงคลื่นที่สำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืช โดยเฉพาะคลื่นแสงแดงไกล (far red) ที่ช่วงประมาณ 700 ถึง 750 นาโนเมตร และแสงยูวี-เอ (UV-A) ที่ช่วง 315 ถึง 400 นาโนเมตร การศึกษาเมื่อปีที่แล้วบางชิ้นแสดงให้เห็นว่าเกษตรกรผู้ปลูกมะเขือเทศที่พึ่งพาค่าอ่านจากลักซ์เพียงอย่างเดียว แท้จริงแล้วมีค่าผิดพลาดประมาณ 22 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งอาจทำให้พืชเติบโตไม่เต็มศักยภาพ เพื่อให้มั่นใจว่าการตัดสินใจต่างๆ อาศัยข้อมูลที่ถูกต้อง ผู้เพาะปลูกจึงจำเป็นต้องตรวจสอบเปรียบเทียบผลที่ได้จากมิเตอร์วัดลักซ์กับค่าการวัด PAR ในช่วงเวลาสำคัญต่างๆ ของวงจรชีวิตพืช
การพึ่งพาเพียงค่าการวัดความเข้มของแสง (lux) อาจก่อให้เกิดปัญหาต่อกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชที่มีค่า เช่น กัญชา และกล้วยไม้ ซึ่งต้องการการควบคุมปริมาณแสงรวมรายวันอย่างแม่นยำ ตามงานวิจัยที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วในสาขาแสงสำหรับการปลูกพืชเชิงเกษตร พบว่าประมาณหนึ่งในสามของผู้เพาะปลูกที่ใช้เพียงเครื่องวัดค่า lux สุดท้ายกลับไม่สามารถบรรลุข้อกำหนดสำคัญด้าน PPFD ในช่วงระยะออกดอกได้ แนวทางที่ดีกว่าคือการผสมผสานทั้งสองวิธีเข้าด้วยกัน โดยผู้เพาะปลูกยังคงใช้เครื่องวัดค่า lux เพื่อตรวจสอบการกระจายของแสงในพื้นที่เพาะปลูก แต่ควรใช้ร่วมกับเซ็นเซอร์ควอนตัมเพื่อให้ได้ค่าการอ่านที่ถูกต้องเกี่ยวกับสเปกตรัมของแสงที่ตกกระทบพืชโดยตรง การใช้วิธีผสมแบบนี้สามารถลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าลงได้ประมาณ 19 เปอร์เซ็นต์ โดยไม่ส่งผลเสียต่อผลผลิตที่ได้หลังการเก็บเกี่ยว
การได้รับแสงในปริมาณที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการเจริญเติบโตของพืชที่ดี ดังนั้นผู้เพาะปลูกจึงจำเป็นต้องตรวจสอบทั้งแสงจากดวงอาทิตย์และแสงเสริมที่ติดตั้งเพิ่มเติม เครื่องวัดค่าลักซ์สามารถช่วยระบุพื้นที่ที่พืชได้รับแสงไม่เพียงพอ แต่ค่าที่อ่านได้นี้ไม่ควรนำมาใช้โดยไม่พิจารณาให้ถี่ถ้วน ตัวอย่างเช่น ต้นมะเขือเทศต้องการรังสีแสงที่ใช้ในการสังเคราะห์แสง (PAR) จริงๆ ประมาณ 200 ถึง 400 ไมโครโมลต่อตารางเมตรต่อวินาที การมองแค่ตัวเลขลักซ์จะไม่สามารถบอกข้อมูลนี้ได้อย่างถูกต้อง การวางเซ็นเซอร์ให้ใกล้กับตำแหน่งที่ใบพืชเจริญเติบโต และใกล้กับโคมไฟ จะมีความแตกต่างอย่างมากในการตรวจจับจุดที่ได้รับแสงไม่สม่ำเสมอ ตามการวิจัยจากกลุ่มฮอร์ติเคเจอร์ไลท์ติ้งในปี 2023 พบว่าผู้เพาะปลูกที่ทำเช่นนี้มักจะมีผลผลิตลดลงน้อยกว่าผู้ที่ไม่ควบคุมการให้แสงอย่างระมัดระวังระหว่าง 15% ถึง 30%
การประเมินค่าที่แม่นยำขึ้นอยู่กับปัจจัยหลักสามประการ:
อุณหภูมิสุดขั้วที่สูงกว่า 30°C อาจทำให้ค่าที่ได้จากมิเตอร์วัดความเข้มแสง (lux meter) มีความคลาดเคลื่อนได้ 5-12% จึงจำเป็นต้องมีการชดเชยสภาพแวดล้อม การเก็บข้อมูลที่เวลาพระอาทิตย์ขึ้น ตอนกลางวัน และพระอาทิตย์ตก จะช่วยติดตามการเปลี่ยนแปลงของ DLI ซึ่งมีผลต่อประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสง
ระบบที่เชื่อมต่อกับคลาวด์และทำงานโดยอัตโนมัติช่วยลดข้อผิดพลาดของมนุษย์ลง 64% เมื่อเทียบกับการบันทึกข้อมูลแบบแมนนวล (รายงานการเกษตรในสภาพแวดล้อมควบคุม, 2023) ควรตรวจสอบความแม่นยำของเครื่องวัดแบบพกพาเปรียบเทียบกับเซ็นเซอร์อ้างอิงแบบติดตั้งถาวรในปฏิบัติการขนาดใหญ่เสมอ
เลือกเครื่องวัดแสงแลกซ์ที่มีความแม่นยำ ±5% และมีความไวต่อสเปกตรัมที่สอดคล้องกับความต้องการของพืช (400-700 นาโนเมตร) รุ่นที่ได้รับการประเมินระดับ IP65 มีความต้านทานต่อความชื้นและฝุ่น ทำให้เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุปกรณ์มีฟังก์ชันแก้ไขค่าคอสไลน์ (cosine correction) เพื่อจับแสงมุมต่ำได้อย่างแม่นยำในช่วงเช้าตรู่และช่วงบ่ายแก่ๆ
มิเตอร์ที่ติดตั้งเครื่องบันทึกข้อมูล 10,000 จุด รองรับการวิเคราะห์แนวโน้มของค่าแสงรวมรายวันตลอดรอบการเจริญเติบโต การศึกษาแสดงให้เห็นว่าโรงเรือนที่ใช้ความสัมพันธ์ระหว่าง PPFD กับลักซ์ที่บันทึกไว้สามารถคาดการณ์ผลผลิตได้แม่นยำขึ้น 18% เมื่อเทียบกับผู้ที่พึ่งพาการบันทึกข้อมูลด้วยมือ
ควรเลือกอุปกรณ์ที่บันทึกข้อมูลทุก 1 นาที เพื่อตรวจจับเงาชั่วคราวจากหลังคาเลื่อนหรือสิ่งปลูกสร้างใกล้เคียง อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับระบบคลาวด์จะแจ้งเตือนแบบเรียลไทม์เมื่อระดับลักซ์อยู่นอกช่วงที่เหมาะสม — ตัวอย่างเช่น ต่ำกว่า 15,000–25,000 ลักซ์ สำหรับผักกาดหอม หรือ 30,000–40,000 ลักซ์ สำหรับมะเขือเทศ
เซนเซอร์แบบถอดได้ที่ต่อสายยาว 15 เมตร ช่วยให้ตรวจสอบหลายจุดได้ง่ายในโรงเรือนขนาดใหญ่ การตั้งค่าเซนเซอร์สองตัวช่วยเปรียบเทียบระดับแสงที่ยอดพืชและบริเวณรากได้พร้อมกัน ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในระบบเกษตรแนวตั้งแบบชั้น
การให้แสง PAR มีความสำคัญอย่างไรต่อการปลูกพืชในเรือนกระจก
PAR (รังสีที่ใช้ในการสังเคราะห์แสง) มีความสำคัญเนื่องจากเป็นช่วงคลื่นของแสง (400-700 นาโนเมตร) ที่พืชใช้ในการสังเคราะห์แสง ซึ่งเป็นการวัดที่แม่นยำมากกว่าค่าลักซ์ ที่อิงตามการรับรู้ของสายตาคน
สามารถใช้มิเตอร์วัดค่าลักซ์เพื่อวัดปริมาณแสงที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืชได้หรือไม่
มิเตอร์วัดค่าลักซ์มีข้อจำกัดในการใช้งานทางด้านการเกษตร เพราะวัดแสงตามความไวของมนุษย์ ซึ่งแตกต่างจากความต้องการของพืช จึงนิยมใช้เซนเซอร์ควอนตัมมากกว่าสำหรับการวัดแสงที่เกี่ยวข้องกับพืชอย่างแม่นยำ
DLI คืออะไร และทำไมจึงมีความสำคัญ
Daily Light Integral (DLI) หรือปริมาณแสงรวมต่อวัน คือ การวัดปริมาณแสง PAR สะสมที่พืชได้รับในแต่ละวัน ซึ่งช่วยให้ผู้เพาะปลูกสามารถปรับสภาพแสงให้เหมาะสมกับความต้องการของพืช เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเจริญเติบโตและประหยัดพลังงาน
เหตุใดการใช้มิเตอร์วัดค่าลักซ์อาจทำให้เข้าใจผิดในงานเพาะปลูก
มิเตอร์วัดความเข้มแสงแบบลักซ์ให้ความสำคัญกับแสงสีเขียวและมองข้ามช่วงคลื่นที่สำคัญอื่นๆ เช่น แสงไกลแดง (far-red) และแสงยูวี-เอ (UV-A) ซึ่งมีบทบาทสำคัญต่อการเจริญเติบโตของพืช ส่งผลให้การประเมินค่าไม่ถูกต้อง
เซ็นเซอร์ควอนตัมสามารถช่วยการดำเนินงานในเรือนกระจกขนาดใหญ่ได้อย่างไร
เซ็นเซอร์ควอนตัมให้ค่าการวัด PAR และ PPFD อย่างแม่นยำ ช่วยรักษาระดับการให้แสงที่สม่ำเสมอในแต่ละโซนของเรือนกระจกขนาดใหญ่ ทำให้สุขภาพของพืชดีขึ้นและเพิ่มผลผลิต