การปลูกพืชไม่จำเป็นต้องมี “ดิน” เสมอไป เพราะที่ประเทศญี่ปุ่นมีการพัฒนา “เกษตรบนแผ่นฟิล์ม” (Film Farming) นวัตกรรมที่ช่วยให้พืชเติบโตได้บนแผ่นฟิล์มไฮโดรเจล โดยไม่ต้องปลูกลงดิน และใช้น้ำน้อยกว่าการปลูกแบบทั่วไป
นวัตกรรมนี้พัฒนาโดย ยูอิจิ โมริ (Yuichi Mori) ผู้ก่อตั้งบริษัท Mebiol ในเมืองฮิราซึกะ จังหวัดคานากาวะ ประเทศญี่ปุ่น จุดเริ่มต้นของแนวคิดมาจากงานวิจัยเกี่ยวกับ ไฮโดรเจล วัสดุที่สามารถดูดซับน้ำได้ ซึ่งเดิมโมริศึกษาการนำไปใช้ในทางการแพทย์ แต่เมื่อเห็นปัญหาด้านพื้นที่และแรงงานในภาคเกษตรของญี่ปุ่น
จึงเกิดแนวคิดว่า หากนำวัสดุชนิดนี้มาทำเป็นแผ่นสำหรับปลูกพืช จะสามารถปลูกผักโดยไม่ต้องพึ่งพาดินได้หรือไม่ หลังจากทดลองและพัฒนาต่อเนื่อง ในปี 2002 บริษัท Mebiol สามารถพัฒนา ฟิล์มสำหรับปลูกพืช และจดสิทธิบัตรในหลายประเทศ
จุดเด่นสำคัญคือ รากของพืชจะเติบโตอยู่บนผิวฟิล์ม สามารถรับน้ำและสารอาหารที่อยู่ด้านล่างผ่านรูขนาดเล็กที่มองแทบไม่เห็นด้วยตาเปล่า ขณะที่รูเหล่านี้ช่วยกั้นเชื้อโรคอย่างไวรัสและแบคทีเรียไม่ให้เข้าสู่บริเวณรากได้ง่าย ผลที่ตามมาคือ การปลูกพืชด้วยวิธีนี้สามารถลดการใช้น้ำได้สูงถึง 90% เมื่อเทียบกับการทำเกษตรบนดินแบบเดิม และยังช่วยลดความจำเป็นในการใช้สารกำจัดศัตรูพืชอีกด้วย

ฟิล์มปลูกพืช ทำงานอย่างไร
หลักการไม่ซับซ้อน รากของพืชจะเกาะอยู่บนแผ่นฟิล์ม ขณะที่น้ำและธาตุอาหารจะถูกส่งผ่านรูขนาดเล็กบนฟิล์มเข้าสู่ราก สิ่งที่น่าสนใจคือ รูขนาดเล็กเหล่านี้ช่วยให้น้ำและสารอาหารผ่านได้ แต่ช่วยป้องกันเชื้อโรคบางชนิดไม่ให้เข้าสู่บริเวณราก จึงมีโอกาสลดการใช้สารป้องกันกำจัดโรคพืช
อีกจุดเด่นคือ ใช้น้ำน้อย เพราะแผ่นฟิล์มสามารถเก็บความชื้นไว้ได้ โดยข้อมูลของเทคโนโลยีนี้ระบุว่า สามารถลดการใช้น้ำได้มากถึงประมาณ 90% เมื่อเทียบกับการปลูกบนดิน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับระบบและสภาพการผลิต

จาก “ยุคพลาสติก” สู่แนวคิดเกษตรบนแผ่นฟิล์ม
จุดเริ่มต้นของนวัตกรรมไม่ได้เกิดขึ้นในแปลงเกษตร แต่ย้อนกลับไปในช่วงที่วัสดุสังเคราะห์อย่างโพลีเอสเตอร์และอะคริลิกกำลังได้รับความนิยม และอุตสาหกรรมเส้นใยสังเคราะห์ของญี่ปุ่นกำลังเติบโตอย่างมาก
ในเวลานั้น ยูอิจิ โมริ ทำงานอยู่ในห้องทดลองของบริษัท Toray และกำลังศึกษาวัสดุประเภทไฮโดรเจล ซึ่งเป็นวัสดุดูดซับน้ำที่สามารถพบได้ในผลิตภัณฑ์อย่างผ้าอ้อมเด็ก โมริเคยพยายามนำความรู้เกี่ยวกับไฮโดรเจลไปพัฒนาหลอดเลือดสังเคราะห์สำหรับใช้ทดแทนหลอดเลือดจริง ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของงานวิจัยด้านอวัยวะเทียม แต่แนวคิดดังกล่าวไม่ได้รับการสนับสนุนจากบริษัท เนื่องจากมองว่าการนำวัสดุไปใช้ในทางการแพทย์อาจมีความเสี่ยงสูงเกินไป
โครงการจึงต้องหยุดลง แต่ความรู้ที่ได้จากการทดลองในครั้งนั้นไม่ได้หายไปไหน ประมาณ 30 ปีต่อมา ในปี ค.ศ. 1994 โมริได้อ่านบทความเกี่ยวกับอนาคตของภาคการเกษตร ซึ่งตั้งคำถามถึงโลกที่จะเกิดขึ้นหากปราศจากการทำเกษตรกรรม
คำถามดังกล่าวกลายเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญ เพราะโมริเริ่มมองเห็นความเป็นไปได้ว่า หากในอนาคตญี่ปุ่นต้องเผชิญกับปัญหาขาดแคลนที่ดินและแรงงาน แล้วจะสามารถปลูกพืชโดยไม่ต้องพึ่งพาดินได้หรือไม่ จากความรู้เดิมเกี่ยวกับไฮโดรเจล เขาจึงเริ่มคิดถึงการนำวัสดุดังกล่าวมาพัฒนาเป็น “ฟิล์มสำหรับปลูกพืช”
ลาออกจากบริษัท สู่การสร้างสตาร์ทอัพ Mebiol
การนำวัสดุจากงานวิจัยเดิมมาต่อยอดเป็นเทคโนโลยีการเกษตรไม่ใช่เรื่องง่าย โมริต้องใช้เวลาทดลองและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ก่อนจะตัดสินใจลาออกจากบริษัทเดิม และก่อตั้งบริษัทสตาร์ทอัพชื่อ Mebiol ที่เมืองฮิราซึกะ จังหวัดคานากาวะ ประเทศญี่ปุ่น
เป้าหมายของเขาคือการพัฒนาเทคโนโลยีที่ทำให้พืชสามารถเจริญเติบโตได้โดยไม่ต้องใช้ดิน จนกระทั่งปี ค.ศ. 2002 Mebiol สามารถพัฒนาแผ่นฟิล์มสำหรับปลูกพืชได้สำเร็จ และเทคโนโลยีดังกล่าวได้รับการจดสิทธิบัตรในหลายประเทศ หัวใจสำคัญของระบบนี้อยู่ที่แผ่นฟิล์มไฮโดรเจล ซึ่งทำหน้าที่เป็นพื้นที่ให้รากพืชยึดเกาะแทนดิน
เมื่อมองด้วยตาเปล่า แผ่นฟิล์มอาจดูเป็นเพียงวัสดุบางๆ แต่ภายในมีโครงสร้างขนาดเล็กที่ช่วยให้น้ำและสารอาหารสามารถผ่านเข้าสู่รากพืชได้ ขณะเดียวกัน โครงสร้างดังกล่าวยังช่วยลดการเข้าถึงของเชื้อโรคบางชนิด รากพืชจึงไม่ได้หยั่งลงไปในดินเหมือนการปลูกแบบทั่วไป แต่จะเกาะและแผ่ไปตามพื้นผิวของฟิล์ม จุดเด่นอีกอย่างคือ แม้จะพลิกแผ่นฟิล์มกลับด้าน รากพืชก็ยังสามารถยึดติดอยู่กับฟิล์มได้ นี่คือภาพที่สะท้อนความแตกต่างระหว่างการปลูกพืชแบบดั้งเดิมกับระบบ Film Farming ได้อย่างชัดเจน
ทดลองจากผักกาดหอม แต่รากกลับ “เจาะฟิล์ม”
กว่าจะได้ฟิล์มที่สามารถใช้ปลูกพืชได้จริง โมริต้องผ่านการทดลองและความล้มเหลวมาแล้วหลายครั้ง หนึ่งในการทดลองแรกคือการนำเมล็ดผักกาดหอมมาเพาะบนแผ่นฟิล์มไฮโดรเจล แต่ผ่านไปหลายวันกลับไม่มีสัญญาณว่ารากจะงอกออกมา
เขาจึงเริ่มปรับปริมาณน้ำและเงื่อนไขต่างๆ ในการทดลองครั้งแล้วครั้งเล่า จนในที่สุด รากของผักกาดหอมก็เริ่มงอกออกมาบนผิวฟิล์ม แต่ปัญหาใหม่กลับเกิดขึ้นทันที รากของผักกาดหอมสามารถเจาะทะลุแผ่นฟิล์มจนเกิดเป็นรู
เหตุการณ์นี้ทำให้โมริต้องกลับไปพัฒนาโครงสร้างของฟิล์มใหม่ โดยมุ่งไปที่การเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุ เขานำเทคนิคการยืดฟิล์มเข้ามาใช้ เมื่อฟิล์มไฮโดรเจลถูกยืดด้วยแรงดึง โครงสร้างโมเลกุลภายในจะเกิดการเรียงตัวและตกผลึก ส่งผลให้วัสดุมีความแข็งแรงมากขึ้น จากนั้นโมริจึงทดลองผลิตฟิล์มรุ่นใหม่และทดสอบซ้ำหลายครั้ง ในที่สุด ผักกาดหอมก็สามารถเจริญเติบโตบนฟิล์มได้โดยไม่ทำให้แผ่นฟิล์มเสียหาย และเขาสามารถเก็บเกี่ยวผลผลิตได้สำเร็จ แต่การทดลองยังไม่จบเพียงเท่านั้น
จากผักใบเขียว สู่ “มะเขือเทศเชอรี่”
เมื่อสามารถปลูกผักกาดหอมได้ โมริจึงหันมาทดลองกับพืชที่มีระบบรากแข็งแรงกว่าเดิม นั่นคือ มะเขือเทศเชอรี่ ผลการทดลองครั้งแรกกลับไม่เป็นไปตามที่คาดไว้ หลังจากปลูกไปประมาณ 2–3 เดือน รากของมะเขือเทศเชอรี่สามารถเจาะทะลุแผ่นฟิล์มได้อีกครั้ง
สาเหตุสำคัญคือ รากของมะเขือเทศเชอรี่มีขนาดใหญ่และแข็งแรงกว่ารากผักกาดหอม การใช้ฟิล์มแบบเดิมจึงไม่เพียงพอ โมริใช้เวลาอีกประมาณ 2 ปีในการพัฒนาแผ่นฟิล์มรุ่นใหม่ โดยปรับการเรียงตัวของโมเลกุลไฮโดรเจล เพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของรากมะเขือเทศ ท้ายที่สุด เขาสามารถพัฒนาแผ่นฟิล์มที่รองรับการปลูกมะเขือเทศเชอรี่ได้สำเร็จ
การทดลองครั้งนี้จึงถือเป็นอีกก้าวสำคัญของการพัฒนา “ฟิล์มปลูกพืช” เพราะพิสูจน์ให้เห็นว่า เทคโนโลยีดังกล่าวไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะผักใบเขียว แต่สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับพืชที่มีระบบรากแตกต่างกันได้
ไม่ใช้ดิน แต่ใช้น้ำน้อยลง
ความน่าสนใจของ Film Farming ไม่ได้อยู่แค่การ “ปลูกโดยไม่ใช้ดิน” เท่านั้น แต่ยังอยู่ที่การจัดการน้ำและสารอาหารให้กับพืช ระบบฟิล์มไฮโดรเจลสามารถกักเก็บความชื้นไว้ได้ ทำให้พืชได้รับน้ำในปริมาณที่เหมาะสม ขณะที่ระบบการปลูกแบบนี้มีการระบุว่าสามารถลดการใช้น้ำได้มากเมื่อเทียบกับการปลูกในดิน
อีกประเด็นคือ การที่รากพืชไม่ได้สัมผัสกับดินโดยตรง ทำให้สามารถลดปัจจัยเสี่ยงบางอย่างที่มาจากเชื้อโรคในดินได้ และช่วยลดความจำเป็นในการใช้สารเคมีบางประเภทในระบบการผลิต
อย่างไรก็ตาม การลดหรือไม่ใช้สารป้องกันกำจัดศัตรูพืชไม่ได้หมายความว่า พืชจะไม่มีศัตรูพืชเลย เกษตรกรยังจำเป็นต้องมีระบบจัดการโรคและแมลงที่เหมาะสมกับสภาพแวดล้อมของโรงเรือนและชนิดพืช
เมื่อเกษตรกรไม่เชื่อ ต้องพิสูจน์ด้วย “ผลผลิตจริง”
แม้เทคโนโลยีจะประสบความสำเร็จในห้องทดลอง แต่โจทย์ที่ยากกว่าคือการทำให้เกษตรกรเชื่อว่า การปลูกพืชบนแผ่นฟิล์มสามารถนำไปใช้ได้จริง เมื่อโมริเริ่มเข้าไปพูดคุยกับเกษตรกรและเสนอแนวคิดว่า สามารถปลูกผักได้โดยไม่ต้องใช้ดิน กลับไม่ได้รับความสนใจมากนัก เพราะสำหรับเกษตรกรแล้ว “ดิน” คือหัวใจสำคัญของการทำเกษตร
โมริจึงเข้าใจว่า การอธิบายด้วยคำพูดอาจไม่เพียงพอ สิ่งที่ต้องทำคือ “สาธิตให้เห็น” เขาจึงมุ่งหน้าไปยังจังหวัดโอกินาวา ซึ่งมีสภาพภูมิอากาศแตกต่างจากพื้นที่ส่วนใหญ่ของญี่ปุ่น และเป็นพื้นที่ที่เหมาะสำหรับการทดลองเทคโนโลยีการเกษตรรูปแบบใหม่ ที่นั่น บริษัทส่งเสริมอุตสาหกรรมของจังหวัดกำลังมองหาเทคโนโลยีใหม่เพื่อพัฒนาภาคเกษตร เจ้าหน้าที่รายหนึ่งสนใจแนวคิดของโมริและสนับสนุนเงินทุนสำหรับทำการทดลอง
จากนั้นแผ่นฟิล์มไฮโดรเจลถูกนำไปติดตั้งภายในโรงเรือน ก่อนเพาะเมล็ดมะเขือเทศเชอรี่ลงบนแผ่นฟิล์ม เป้าหมายของการทดลองไม่ได้มีเพียงการพิสูจน์ว่า “ปลูกได้” แต่ต้องการพิสูจน์ว่า มะเขือเทศที่ปลูกบนฟิล์มสามารถสร้างคุณภาพที่แตกต่างจากการปลูกในดินได้หรือไม่
ความเครียดจากน้ำน้อย ทำให้มะเขือเทศหวานขึ้น?
หนึ่งในสิ่งที่น่าสนใจของการทดลองคือ การจัดการน้ำ เมื่อไฮโดรเจลดูดซับน้ำแล้ว จะสามารถกักเก็บความชื้นไว้ได้ ขณะเดียวกันพืชที่ปลูกบนฟิล์มได้รับน้ำในปริมาณจำกัดกว่าการปลูกในสภาพที่มีน้ำมาก
สภาวะดังกล่าวทำให้ต้นมะเขือเทศเกิดความเครียดจากการขาดน้ำในระดับหนึ่ง ซึ่งพืชจะปรับตัวด้วยกระบวนการทางสรีรวิทยาหลายอย่าง รวมถึงการสะสมสารละลายบางชนิดที่ช่วยรักษาสมดุลน้ำภายในเซลล์
หนึ่งในสารที่เกี่ยวข้องคือ “น้ำตาล” แนวคิดดังกล่าวนำไปสู่การทดลองที่สำคัญว่า หากควบคุมปริมาณน้ำให้เหมาะสม มะเขือเทศเชอรี่ที่ปลูกบนแผ่นฟิล์มจะสามารถมีรสชาติหวานขึ้นหรือไม่ เมื่อการทดลองสิ้นสุดลงในเดือนพฤษภาคม ค.ศ. 2006 โมริจึงนำมะเขือเทศเชอรี่มาตรวจวัดปริมาณน้ำตาล
ผลที่ได้ตามข้อมูลการทดลองพบว่า มะเขือเทศเชอรี่มีปริมาณน้ำตาลประมาณ 10% ซึ่งโมริมองว่าเป็นผลลัพธ์ที่น่าสนใจและแสดงให้เห็นศักยภาพของระบบการปลูกบนแผ่นฟิล์ม จากจุดนี้เอง เทคโนโลยี Film Farming จึงเริ่มได้รับความสนใจมากขึ้น
จากห้องทดลอง สู่พื้นที่เกษตรจริง
หลังจากสามารถพิสูจน์แนวคิดผ่านการทดลองได้แล้ว เทคโนโลยีของโมริเริ่มได้รับความสนใจจากเกษตรกรในญี่ปุ่นมากขึ้น
หนึ่งในเหตุการณ์สำคัญเกิดขึ้นหลังเหตุการณ์แผ่นดินไหวและสึนามิครั้งใหญ่ทางภาคตะวันออกของญี่ปุ่นในปี ค.ศ. 2011 ซึ่งส่งผลกระทบต่อพื้นที่เกษตรกรรมจำนวนมาก ทั้งจากความเสียหายของพื้นที่และการปนเปื้อนของดินในบางพื้นที่
ในสถานการณ์ที่การฟื้นฟูดินต้องใช้เวลา เทคโนโลยีที่สามารถปลูกพืชโดยแยกออกจากดินจึงเข้ามามีบทบาท เพราะเกษตรกรสามารถสร้างพื้นที่เพาะปลูกใหม่บนโครงสร้างหรือโรงเรือน โดยใช้แผ่นฟิล์มเป็นพื้นผิวสำหรับให้รากพืชเจริญเติบโต
นี่เป็นอีกครั้งที่เทคโนโลยีซึ่งเริ่มต้นจากการทดลองในห้องปฏิบัติการ ถูกนำมาใช้ตอบโจทย์ปัญหาที่เกิดขึ้นจริงในภาคเกษตร
จากญี่ปุ่น สู่ไต้หวัน บราซิล และจีน
ปัจจุบันแนวคิดการทำเกษตรบนแผ่นฟิล์มไม่ได้จำกัดอยู่เพียงในประเทศญี่ปุ่น แต่มีการนำไปประยุกต์ใช้ในประเทศอื่นๆ เช่น ไต้หวัน บราซิล และจีน จุดเด่นของระบบอยู่ที่การแยกพืชออกจากดิน ทำให้สามารถควบคุมปัจจัยในการผลิตได้ง่ายขึ้น โดยเฉพาะน้ำและสารอาหาร อีกทั้งยังสามารถนำไปใช้ในพื้นที่ที่มีข้อจำกัดด้านดินหรือพื้นที่เพาะปลูก
อีกประเด็นที่น่าสนใจคือ เทคโนโลยีดังกล่าวอาจช่วยลดข้อจำกัดด้านทักษะของผู้เริ่มต้นทำเกษตร เพราะระบบการปลูกสามารถควบคุมสภาพแวดล้อมและปัจจัยการผลิตได้มากกว่าการปลูกในแปลงดินแบบทั่วไป
ในประเทศญี่ปุ่น เทคโนโลยีนี้ยังถูกมองว่าเป็นหนึ่งในแนวทางที่จะช่วยดึงคนรุ่นใหม่เข้าสู่ภาคเกษตร โดยเฉพาะคนที่มีความสนใจด้านเทคโนโลยี แต่ไม่ต้องการทำงานเกษตรในรูปแบบดั้งเดิม
“เกษตรบนแผ่นฟิล์ม” อาจเป็นอีกคำตอบของเกษตรยุคใหม่
เรื่องราวของยูอิจิ โมริ แสดงให้เห็นว่า นวัตกรรมทางการเกษตรบางครั้งไม่ได้เริ่มต้นจากคำถามว่า “จะปลูกอะไรให้ได้ผลผลิตมากขึ้น” แต่เริ่มจากคำถามที่กว้างกว่านั้นว่า “ถ้าวันหนึ่งเราไม่มีดินเพียงพอสำหรับปลูกพืช จะทำอย่างไร?”
จากไฮโดรเจลที่เคยถูกศึกษาเพื่อใช้ในงานด้านการแพทย์ กลายมาเป็นวัสดุสำคัญในการพัฒนาแผ่นฟิล์มสำหรับปลูกพืช จากการทดลองผักกาดหอมที่รากเจาะทะลุฟิล์ม สู่การพัฒนาเทคนิคเพิ่มความแข็งแรง จากมะเขือเทศเชอรี่ที่ทำให้ต้องกลับไปพัฒนาฟิล์มใหม่อีกครั้ง สู่การพิสูจน์ว่าสามารถควบคุมสภาพการปลูกและคุณภาพผลผลิตได้ และจากวันที่เกษตรกรตั้งคำถามว่า “จะปลูกบนฟิล์มได้อย่างไร” เทคโนโลยีนี้ค่อยๆ เดินทางออกจากห้องทดลองไปสู่พื้นที่เกษตรจริง
Film Farming จึงไม่ได้เป็นเพียงเรื่องของการปลูกผักโดยไม่ใช้ดิน แต่เป็นตัวอย่างของการนำวิทยาศาสตร์ วัสดุศาสตร์ และเทคโนโลยี มาผสมเข้ากับโจทย์สำคัญของภาคเกษตร ทั้งเรื่องพื้นที่ น้ำ แรงงาน และการควบคุมสภาพแวดล้อม
ในวันที่ภาคเกษตรทั่วโลกกำลังเผชิญกับข้อจำกัดด้านทรัพยากร เทคโนโลยีอย่าง “เกษตรบนแผ่นฟิล์ม” จึงน่าสนใจในฐานะอีกหนึ่งแนวทางที่กำลังพยายามตอบคำถามว่า เมื่อโลกเปลี่ยน วิธีทำเกษตรจะเปลี่ยนตามไปได้อย่างไร
ขอบคุณที่มา
