การสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจเป็นกระบวนการเจริญเติบโตของพืชที่สำคัญสองกระบวนการซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการทำให้พืชแข็งแรงและพืชที่มีคุณภาพ
ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ใบสังเคราะห์แสงและเซลล์ต้นกำเนิดใช้พลังงานจากดวงอาทิตย์เพื่อรวมคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) จากอากาศเข้ากับน้ำที่เซลล์รากดูดซับไว้เพื่อสร้างน้ำตาลในรูปของกลูโคส กลูโคสนี้ใช้สำหรับกระบวนการเผาผลาญหลายอย่างในทุกส่วนของพืช รวมถึงการผลิตเซลลูโลสและแป้ง
กลูโคสยังเป็นแหล่งเชื้อเพลิงสำคัญสำหรับการหายใจของเซลล์ราก ซึ่งเป็นกระบวนการที่ตรงกันข้ามกับการสังเคราะห์ด้วยแสง
ในระหว่างการหายใจ เซลล์รากที่หายใจจะเผากลูโคสที่ขนส่งมาจากใบ กลูโคสจะถูกแปลงเป็นพลังงานของเซลล์ (เรียกว่าอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต หรือ ATP) และใช้เพื่อขับเคลื่อนกระบวนการเผาผลาญ โดยหลักแล้วจะเป็นการดูดซึมน้ำและสารอาหาร
หากไม่มีออกซิเจน การหายใจจะไม่เกิดขึ้น ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้าย ต้องใช้การหายใจแบบแอโรบิกเพื่อเปลี่ยนกลูโคสเป็น ATP
ออกซิเจนเป็นปัจจัยจำกัดสำหรับพืชผลที่มีคุณภาพ
ปริมาณออกซิเจนที่เซลล์รากมีสัมพันธ์กับอัตราการเจริญเติบโตของพืชที่ดีและผลผลิตของพืช หากไม่มีออกซิเจนเพียงพอ ปริมาณน้ำตาลที่เซลล์รากสามารถเผาผลาญได้ และปริมาณน้ำและสารอาหารที่เซลล์รากสามารถดูดซึมได้จะถูกจำกัด
การลดอัตราการดูดซึมน้ำและสารอาหารของพืชจะจำกัดอัตราการเจริญเติบโตโดยรวม รวมถึงผลผลิตและคุณภาพของผลไม้โดยตรง พืชที่อ่อนแอจะอ่อนแอต่อโรคได้มากกว่าและต้านทานต่อความเครียดจากสิ่งแวดล้อมได้น้อยกว่า เช่น อุณหภูมิสูงในช่วงเดือนที่อากาศอบอุ่น
การให้ออกซิเจนบริเวณรากถือเป็นเรื่องปกติในโรงเรือน สิ่งนี้มีความสำคัญมากยิ่งขึ้นในสภาพอากาศที่อุ่นขึ้น เนื่องจากมีออกซิเจนละลาย (DO) ในน้ำที่อุณหภูมิสูงขึ้นน้อยกว่า
นอกจากนี้ ผู้ปลูกที่นำน้ำชลประทานกลับมาใช้ใหม่จำเป็นต้องปรับปรุงคุณภาพน้ำหลังการชลประทานแต่ละครั้ง
การเพาะปลูกพืชกลางแจ้งและการเติมอากาศ
นอกจากผู้ปลูกเรือนกระจกแล้ว ผู้ปลูกพืชไร่เฉพาะทางยังได้รับประโยชน์จากการเติมน้ำชลประทานอีกด้วย
น้ำในบ่อและอ่างเก็บน้ำที่มีน้ำในบ่อมักจะขาดออกซิเจนเพียงพอในการรักษาสุขภาพของพืช หากมีสารประกอบอินทรีย์ในอ่างเก็บน้ำ ซึ่งมักจะมาจากใบไม้และเมล็ดพืชที่ถูกลมพัด มูลนก เชื้อโรค และสาหร่าย ความต้องการออกซิเจนทางชีวเคมี (BOD) ของน้ำก็จะสูง
ซึ่งหมายความว่าจุลินทรีย์ต้องการออกซิเจนละลายมากขึ้นเพื่อสลายส่วนประกอบอินทรีย์ที่มีอยู่ วิธีการเติมออกซิเจนเป็นกุญแจสำคัญในการบรรลุค่า DO ที่ยอมรับได้ เพื่อลด BOD และส่งเสริมสุขภาพรากพืช
นอกจากนี้ การศึกษาใหม่ในปี 2022 ยังยืนยันว่าระดับออกซิเจนในดินที่สูงขึ้น (จากการบำบัดน้ำแบบออกซิไดซ์ขั้นสูง) ส่งเสริมกิจกรรมของจุลินทรีย์ในดินที่เป็นประโยชน์ เช่น การทำให้แร่ในดินและการเปลี่ยนธาตุอาหาร ซึ่งช่วยเพิ่มผลผลิตพืช ประสิทธิภาพการใช้น้ำ และความอุดมสมบูรณ์ของดิน
ไม่ว่าการใช้น้ำที่เก็บไว้ในอ่างเก็บน้ำหรือจากแหล่งที่มาโดยตรง น้ำชลประทานที่มีออกซิเจนสูงและมีคุณภาพสูงถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการพัฒนารากและการเจริญเติบโตของพืช
ออกซิเจนและโรค
ออกซิเจนยังเป็นกุญแจสำคัญในการลดและปราบปรามโรคต่างๆ เช่น เชื้อไพเธียม หรือการติดเชื้อไฟทอปธอรา ระดับออกซิเจนละลายน้ำที่สูงเป็นพิเศษส่งเสริมการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ เช่น ไมคอร์ไรซา และยับยั้งเชื้อโรคที่ไม่ใช้ออกซิเจน
หากระดับออกซิเจนละลายน้ำในบริเวณรากต่ำ อาจส่งผลต่อสัณฐานวิทยาของรากและพืช เมแทบอลิซึม และการเจริญเติบโต
การเบี่ยงเบนเหล่านี้ส่งผลเสียต่อการเจริญเติบโตของพืชและทำให้พวกเขาอ่อนแอต่อโรคได้มากขึ้น
เทคโนโลยีการให้ออกซิเจน
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ ผู้ปลูกมีวิธีเติมอากาศแบบดั้งเดิมให้เลือกหลายวิธี อย่างไรก็ตาม วิธีการเหล่านี้ทำได้ไม่ดีนัก
เครื่องกระจายออกซิเจนมีประสิทธิภาพการถ่ายโอนออกซิเจนที่ 1-2% และระบบเวนทูรีและสปาร์เจอร์มีประสิทธิภาพการถ่ายโอนออกซิเจนประมาณ 20-40% แม้ว่าเวนทูริสและมิสเตอร์จะมีอัตราการถ่ายโอนสูง แต่ก็ไม่มีประสิทธิภาพและไม่ประหยัดสำหรับผู้ปลูก
เนื่องจากความสามารถของน้ำในการกักเก็บออกซิเจนที่ละลายในน้ำจะลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ผู้ปลูกจำนวนมากจึงใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำในระบบเติมอากาศแบบเดิม ระบบทำความเย็นใช้พลังงานจำนวนมากและเพิ่มต้นทุนการดำเนินงานอย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งลดความยั่งยืนและเศรษฐศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้นทุนด้านพลังงานยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
เทคโนโลยีนาโนบับเบิ้ล
เทคโนโลยี Nanobubble เป็นวิธีที่ยั่งยืนและคุ้มค่าในการเพิ่มออกซิเจนละลายในโซนรากให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม เทคโนโลยีที่ได้รับการจดสิทธิบัตรของ Moleaer มีอัตราการถ่ายโอนออกซิเจนมากกว่า 85% ช่วยให้ผู้ปลูกสามารถเพิ่มออกซิเจนที่ละลายน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้ทรัพยากรน้อยลง
นอกจากนี้ Nanobubbles ยังมอบวิธีการปลอดสารเคมีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วในการฆ่าเชื้อในน้ำและท่อชลประทานอย่างมีประสิทธิภาพ ป้องกันโรครากที่เกิดจากน้ำและการสะสมของไบโอฟิล์ม ประโยชน์เหล่านี้ช่วยปรับปรุงคุณภาพน้ำ เพิ่มความแข็งแรงของพืช และลดการพึ่งพาการใช้สารเคมี
นาโนบับเบิ้ลซุปเปอร์ออกซิเจน
อัตราการถ่ายโอนก๊าซที่สูงขึ้นช่วยให้เครื่องกำเนิดฟองนาโนสามารถเพิ่มระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ผู้ปลูกสามารถตั้งค่าเครื่องกำเนิดฟองนาโนเพื่อกำหนดเป้าหมายออกซิเจนที่ละลายน้ำได้ เพื่อการใช้ออกซิเจนอย่างเหมาะสมที่สุดสำหรับพืชผลของตน เทคโนโลยีของ Moleaer ช่วยให้ผู้ปลูกสามารถเพิ่มระดับ DO ในโซนรากได้อย่างน้อย 50 ถึง 100 เปอร์เซ็นต์ โดยรักษาความเข้มข้นที่สม่ำเสมอแม้ในน้ำอุ่น
ในระดับนี้ เซลล์รากจะมีประสิทธิภาพในการดูดซับน้ำและสารอาหารมากขึ้น เมื่อเซลล์รากสามารถดูดซับน้ำและสารอาหารได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การเจริญเติบโตของราก การเจริญเติบโตของพืช และผลผลิตพืชจะบรรลุสูงสุด
ฟองนาโนยังช่วยลดเชื้อโรคและไบโอฟิล์ม
นอกเหนือจากการให้ออกซิเจนที่มีประสิทธิภาพแล้ว เทคโนโลยีนาโนบับเบิลยังผลิตฟองนาโนที่มีคุณสมบัติทางเคมีและกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์อีกด้วย ด้วยคุณสมบัติเหล่านี้ ฟองนาโนจะช่วยลดเชื้อโรคและไบโอฟิล์มที่อยู่ในน้ำได้
ฟองนาโนลอยตัวเป็นกลาง ซึ่งหมายความว่าพวกมันยังคงลอยอยู่ในของเหลว แทนที่จะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำและแตกออกเป็นฟองขนาดใหญ่ ในขณะที่น้ำชลประทานไหล ฟองนาโนจะถูกเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องและสุ่มผ่านส่วนต่างๆ ของระบบน้ำผ่านการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน
พวกมันถูกดึงดูดไปที่พื้นผิวต่างๆ เช่น ผนังท่อชลประทาน ซึ่งพวกมันสึกหรอและกัดเซาะแผ่นชีวะ ซึ่งเป็นเมทริกซ์ที่ก่อตัวบนพื้นผิวส่วนใหญ่ที่สัมผัสกับน้ำ แผ่นชีวะเป็นแหล่งสะสมเชื้อโรคและสามารถอุดตันตัวปล่อยการชลประทานเมื่อพวกมันสะสม
การลดลงของแผ่นชีวะจะจำกัดการแพร่กระจายของเชื้อโรคและยืดอายุของระบบชลประทาน นอกจากนี้ ผู้ปลูกยังสามารถลดการใช้สารเคมีในการกำจัดแผ่นชีวะได้อีกด้วย
โดยไม่ใช้สารเคมี ฟองนาโนยังสามารถละลายเซลล์แบคทีเรียและออกซิไดซ์เชื้อโรคในน้ำได้ เมื่อฟองนาโนพบกับสารปนเปื้อน พวกมันจะระเบิดและผลิตออกซิเจนชนิดปฏิกิริยา (ROS) ชนิดของออกซิเจนที่เกิดปฏิกิริยาคือสารออกซิแดนท์อ่อน เช่น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หรือคลอรีน
ดังที่นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์และมหาวิทยาลัยแห่งรัฐแอริโซนาอธิบายเมื่อเร็วๆ นี้ว่า "ROS ที่สร้างจากฟองนาโนอาจให้ผลดีที่สุดในการบำบัดน้ำ เนื่องจากช่วยให้สามารถเคลื่อนตัวออกห่างจากสารออกซิแดนท์ที่เป็นสารเคมี (คลอรีน โอโซน) ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงในการบำบัด เป็นอันตรายและก่อให้เกิดผลพลอยได้ที่เป็นอันตราย ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้บรรลุเป้าหมายการรักษาที่สำคัญ (เช่น การทำลายสารปนเปื้อนอินทรีย์ เชื้อโรค แผ่นชีวะ)"
ผู้ปลูกใช้เทคโนโลยี Nanobubble เพื่อลดเชื้อโรคและไบโอฟิล์ม
ผู้ปลูกได้เห็นการลดลงอย่างมีนัยสำคัญของเชื้อโรคในน้ำ เช่น ไพเธียม และไฟทอปธอรา ในน้ำชลประทานที่ผสมฟองนาโน
NovaCropControl ซึ่งเป็นองค์กรวิจัยของเนเธอร์แลนด์ได้ทำการศึกษาพืชมะเขือเทศในเรือนกระจกที่ได้รับการชลประทานด้วยน้ำชลประทานที่เติมฟองนาโน พวกเขาพบว่าระดับไพเธียมลดลง 80% ซึ่งเป็นเชื้อโรคทางน้ำทั่วไปที่ส่งผลต่อสุขภาพของราก
การศึกษาอีกชิ้นหนึ่งดำเนินการที่สถาบันเดลฟีในประเทศเนเธอร์แลนด์ และศึกษาพืชสตรอเบอร์รี่ นักวิจัยพบว่าจำนวนไพเธียมลดลง 74% โรคไฟทอปธอร่าลดลง และคุณภาพของรากโดยรวมมีสุขภาพดีขึ้น
