MU-SDGs Case Study
ผลของไฟต่อคุณสมบัติทางเคมี-กายภาพ และจุลชีววิทยาของดินในพื้นที่ทำไร่หมุนเวียนบริเวณลุ่มน้ำแม่แจ่ม จังหวัดเชียงใหม่ ประเทศไทย
Effect of fires on physico-chemical and microbiological soil properties in shifting cultivation in Mae Chaem Basin, Chiang Mai Province, Thailand
แหล่งทุน
สำนักงานปลัดกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัย และนวัตกรรม (สป.อว.)
ส่วนงานหลัก
คณะสิ่งแวดล้อมและทรัพยากรศาสตร์ ม.มหิดล
ผู้ดำเนินการหลัก
รศ.ดร.นพพล อรุณรัตน์
คำอธิบาย
การศึกษาแรกในประเทศไทยที่เจาะลึกผลกระทบของไฟจากไร่หมุนเวียนต่อดินและจุลชีพ พบว่าไฟเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติดินอย่างมีนัยสำคัญ ทั้งด้านเคมี กายภาพ และแบคทีเรียในดิน พร้อมเสนอแนวทางจัดการหลังไฟไหม้อย่างยั่งยืนเพื่ออนาคตของพื้นที่สูง
เนื้อหา MU-SDGs Case Study
ความสำคัญ วัตถุประสงค์โครงการ
การทำไร่หมุนเวียนมักใช้ไฟเพื่อเผาเศษวัสดุที่ตัดโค่นก่อนการเตรียมแปลงปลูกข้าวไร่ ซึ่งผลกระทบของไฟต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมี กายภาพและจุลชีววิทยาของดิน การศึกษานี้ จึงถือเป็นการศึกษาแรกในประเทศไทยที่เน้นการศึกษาผลกระทบของไฟต่อคุณสมบัติทางเคมี-ทางกายภาพ และจุลชีววิทยาของดินในพื้นที่ทำไร่หมุนเวียน
การดำเนินการ
โดยมีพื้นที่ศึกษา คือ บ้านแม่ป๊อก ตำบลบ้านทับ อำเภอแม่แจ่ม จังหวัดเชียงใหม่ แปลงศึกษา ประกอบด้วย 5 แปลงไร่หมุนเวียน ได้แก่ แปลงพัก 4 ปี (RSC-4Y) แปลงพัก 5 ปี (RSC-5Y) แปลงพัก 7 (RSC-7Y) ปี แปลงพัก 6 ปี (RSC-6Y) และ แปลงพัก 12 ปี (RSC-12Y) นอกจากนี้ ยังมีแปลงไร่หมุนเวียนที่พักต่อเนื่องมาแล้ว 5 ปี (ดินไม่ถูกรบกวน: CF-5Y) และแปลงปลูกข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ต่อเนื่องมาแล้ว 5 ปี (M-5Y) เป็นแปลงศึกษาอีกด้วย คุณสมบัติทางเคมี-กายภาพของดินได้วิเคราะห์ให้ห้องปฏิบัติการ ประกอบด้วย เนื้อดิน ค่าการนำไฟฟ้า (ความหนาแน่นของดิน ความเป็นกรด-ด่าง ธาตุอาหาร (Ca Mg K และ P) แอมโมเนียม ไนเตรท อินทรีย์คาร์บอนในดิน (soil organic carbon; SOC) และ ไนโตรเจนในดิน (soil total nitrogen; STN) นอกจากนี้ ยังมีการคำนวณค่า soil erodibility (k-value) ประเมินการสูญเสียหน้าดิน และผลกระทบทางพิษวิทยาต่อมนุษย์-ระบบนิเวศ สำหรับ DNA ของแบคทีเรียถูกวิเคราะห์ด้วยวิธี 16S rRNA (V3–V4)
ผลการดำเนินงาน
ผลการศึกษา พบว่า มีการเพิ่มขึ้นของค่า pH ค่าการนำไฟฟ้า และธาตุอาหารในดิน (P K และ Ca) หลังการเผาอย่างมีนัยสำคัญ และยังคงระดับที่สูงกว่าก่อนการเผาถึงแม้ระยะเวลาผ่านไป 2 ปี ในขณะที่ ค่า SOC ลดลงหลังการเผาอย่างมีนัยสำคัญและไม่สามารถฟื้นตัวเท่ากับระยะก่อนเผาได้ถึงแม้ระยะเวลาผ่านไป 2 ปี ยกเว้น แปลง RSC-4Y พบว่า ค่า SOC สูงกว่าระยะก่อนเผาหลังเวลาผ่านไป 2 ปี สำหรับ STN พบว่า ลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังการเผาและยังไม่สามารถฟื้นตัวได้เท่าเดิมกับระยะก่อนเผาแม้ระยะเวลาผ่านไปแล้ว 2 ปี ค่า SOC ที่ระดับความลึก 5-10 ซม. มีค่าสูงกว่าค่า SOC ในระยะก่อนการเผาโดยเฉพาะตำแหน่งด้านล่างสุดของความลาดชันแปลงไร่หมุนเวียน นอกจากนี้ พบการสูญเสียหน้าดินเฉลี่ย 1.6-3.1 ซม. โดยเฉพาะบริเวณด้านบนสุดของความลาดชันช่วง 9 เดือนหลังการเผาซึ่งเป็นฤดูฝน การปลูกข้าวในนาลุ่มต่ำ ส่งผลกระทบต่อสุขภาพมนุษย์และความเป็นพิษต่อแหล่งน้ำจืดสูงที่สุด โดยสารเคมีที่ตกค้างในดิน ได้แก่ คลอร์พิริฟอส บูทาคลอร์ และฟิปโพรนิล สารที่แพร่กระจายมากที่สุดในแหล่งน้ำจืด คือ อะเซเฟท ไกลโฟเสต และเมตาลดีไฮด์ หลังการเผาพบความชุกชุมของแบคทีเรียกลุ่ม Firmicutes Proteobacteria Acidobacteria และ Planctomycetes เพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้าม ความชุกชุมของแบคทีเรียกลุ่ม Actinobacteria ลดลงหลังการเผา ในระดับสปีชีส์ พบว่า Bacillus Conexibacter และ Chthoniobacter มีความชุกชุมเพิ่มขึ้นหลังการเผา ในช่วงฤดูฝนพบมีการฟื้นตัวของความชุกชุมของชุมชีพแบคทีเรียในดิน ดัชนี alpha diversity บ่งชี้ถึงความหลากหลายของแบคทีเรียลดลงทันทีหลังการเผา จากนั้น พบการเพิ่มขึ้นตั้งแต่ต้นฤดูฝนจนถึงฤดูร้อน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลส่งผลต่อองค์ประกอบของชุมชีพแบคทีเรียในดิน โดยหลังการเผา 1 ปี พบว่ามีแบคทีเรียมีความชุกชุมมากขึ้น ในขณะที่ ความหลากหลายของชุมชีพแบคทีเรียฟื้นตัวกลับสู่ระดับก่อนการเผา ดินที่ไม่ถูกรบกวนตลอดระยะเวลา 5 ปี มีความคงตัวในความชุกชุมและความหลากหลายของแบคทีเรียตลอดฤดูกาลมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแปลง M-5Y ความชุกชุมของแบคทีเรียกลุ่ม Proteobacteria พบมากที่สุดใน CF-5Y ในขณะที่ Actinobacteria พบมากที่สุดใน M-5Y สำหรับระดับสปีชีส์ พบว่า Candidatus Udaeobacter โดดเด่นในช่วงฤดูร้อนและฤดูหนาว ทั้งใน CF-5Y และ M-5Y สิ่งที่น่าสนใจ คือ ช่วงฤดูฝน Bacillus พบมากที่สุดทั้งในแปลง CF-5Y และ M-5Y งานวิจัยที่ต่อเนื่องในพื้นที่ไร่หมุนเวียนยังมีความจำเป็นเพื่อค้นหากลยุทย์ในการจัดการที่ดินหลังการเผาอย่างมีประสิทธิภาพ
การนำไปใช้ประโยชน์
ปี 2566
1. มีการถ่ายทอดความรู้ให้กับเกษตรกรในพื้นที่ศึกษา และผู้นำชุมชน เพื่อลดการสูญเสียธาตุอาหารในดินและการชะล้างพังทลายของดินในพื้นที่ไร่หมุนเวียน
2. ธรรมนูญชุมชนเพื่อจัดการไร่หมุนเวียนอย่างยั่งยืนหมู่บ้านแม่ป๊อก ฉบับที่ 1 พ.ศ. 2567
ปี 2567
มีผลงานตีพิมพ์
1) Arunrat, N., Sansupa, C., Sereenonchai, S., Hatano, R. Lal, R. 2024. Fire-induced changes in soil properties and bacterial communities in rotational shifting cultivation of Northern Thailand. Biology, 13(6), 383.
2) Arunrat, N., Sansupa, C., Sereenonchai, S., Hatano, R. 2023. Stability of soil bacteria in undisturbed soil and continuous maize cultivation in Northern Thailand. Frontiers in Microbiology, 14, 1285445.
3) Arunrat N, Sereenonchai S, Kongsurakan P, Yuttitham M, Hatano R.2023. Variations of soil properties and soil surface loss after fire in rotational shifting cultivation in Northern Thailand. Frontiers in Environmental Science, 11:1213181.
4) Arunrat N, Sereenonchai S, Kongsurakan P, Iwai CB, Yuttitham M, Hatano R. 2023. Post-fire recovery of soil organic carbon, soil total nitrogen, soil nutrients, and soil erodibility in rotational shifting cultivation in Northern Thailand. Frontiers in Environmental Science, 11, 1117427.
5) Toolkiattiwong, P., Arunrat, N., Sereenonchai, S. 2023. Environmental, Human and Ecotoxicological Impacts of Different Rice Cultivation Systems in Northern Thailand. International Journal of Environmental Research and Public Health, 20(3), 2738.
การทำไร่หมุนเวียนมักใช้ไฟเพื่อเผาเศษวัสดุที่ตัดโค่นก่อนการเตรียมแปลงปลูกข้าวไร่ ซึ่งผลกระทบของไฟต่อการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางเคมี กายภาพและจุลชีววิทยาของดิน การศึกษานี้ จึงถือเป็นการศึกษาแรกในประเทศไทยที่เน้นการศึกษาผลกระทบของไฟต่อคุณสมบัติทางเคมี-ทางกายภาพ และจุลชีววิทยาของดินในพื้นที่ทำไร่หมุนเวียน
การดำเนินการ
โดยมีพื้นที่ศึกษา คือ บ้านแม่ป๊อก ตำบลบ้านทับ อำเภอแม่แจ่ม จังหวัดเชียงใหม่ แปลงศึกษา ประกอบด้วย 5 แปลงไร่หมุนเวียน ได้แก่ แปลงพัก 4 ปี (RSC-4Y) แปลงพัก 5 ปี (RSC-5Y) แปลงพัก 7 (RSC-7Y) ปี แปลงพัก 6 ปี (RSC-6Y) และ แปลงพัก 12 ปี (RSC-12Y) นอกจากนี้ ยังมีแปลงไร่หมุนเวียนที่พักต่อเนื่องมาแล้ว 5 ปี (ดินไม่ถูกรบกวน: CF-5Y) และแปลงปลูกข้าวโพดเลี้ยงสัตว์ต่อเนื่องมาแล้ว 5 ปี (M-5Y) เป็นแปลงศึกษาอีกด้วย คุณสมบัติทางเคมี-กายภาพของดินได้วิเคราะห์ให้ห้องปฏิบัติการ ประกอบด้วย เนื้อดิน ค่าการนำไฟฟ้า (ความหนาแน่นของดิน ความเป็นกรด-ด่าง ธาตุอาหาร (Ca Mg K และ P) แอมโมเนียม ไนเตรท อินทรีย์คาร์บอนในดิน (soil organic carbon; SOC) และ ไนโตรเจนในดิน (soil total nitrogen; STN) นอกจากนี้ ยังมีการคำนวณค่า soil erodibility (k-value) ประเมินการสูญเสียหน้าดิน และผลกระทบทางพิษวิทยาต่อมนุษย์-ระบบนิเวศ สำหรับ DNA ของแบคทีเรียถูกวิเคราะห์ด้วยวิธี 16S rRNA (V3–V4)
ผลการดำเนินงาน
ผลการศึกษา พบว่า มีการเพิ่มขึ้นของค่า pH ค่าการนำไฟฟ้า และธาตุอาหารในดิน (P K และ Ca) หลังการเผาอย่างมีนัยสำคัญ และยังคงระดับที่สูงกว่าก่อนการเผาถึงแม้ระยะเวลาผ่านไป 2 ปี ในขณะที่ ค่า SOC ลดลงหลังการเผาอย่างมีนัยสำคัญและไม่สามารถฟื้นตัวเท่ากับระยะก่อนเผาได้ถึงแม้ระยะเวลาผ่านไป 2 ปี ยกเว้น แปลง RSC-4Y พบว่า ค่า SOC สูงกว่าระยะก่อนเผาหลังเวลาผ่านไป 2 ปี สำหรับ STN พบว่า ลดลงอย่างมีนัยสำคัญหลังการเผาและยังไม่สามารถฟื้นตัวได้เท่าเดิมกับระยะก่อนเผาแม้ระยะเวลาผ่านไปแล้ว 2 ปี ค่า SOC ที่ระดับความลึก 5-10 ซม. มีค่าสูงกว่าค่า SOC ในระยะก่อนการเผาโดยเฉพาะตำแหน่งด้านล่างสุดของความลาดชันแปลงไร่หมุนเวียน นอกจากนี้ พบการสูญเสียหน้าดินเฉลี่ย 1.6-3.1 ซม. โดยเฉพาะบริเวณด้านบนสุดของความลาดชันช่วง 9 เดือนหลังการเผาซึ่งเป็นฤดูฝน การปลูกข้าวในนาลุ่มต่ำ ส่งผลกระทบต่อสุขภาพมนุษย์และความเป็นพิษต่อแหล่งน้ำจืดสูงที่สุด โดยสารเคมีที่ตกค้างในดิน ได้แก่ คลอร์พิริฟอส บูทาคลอร์ และฟิปโพรนิล สารที่แพร่กระจายมากที่สุดในแหล่งน้ำจืด คือ อะเซเฟท ไกลโฟเสต และเมตาลดีไฮด์ หลังการเผาพบความชุกชุมของแบคทีเรียกลุ่ม Firmicutes Proteobacteria Acidobacteria และ Planctomycetes เพิ่มขึ้น ในทางตรงกันข้าม ความชุกชุมของแบคทีเรียกลุ่ม Actinobacteria ลดลงหลังการเผา ในระดับสปีชีส์ พบว่า Bacillus Conexibacter และ Chthoniobacter มีความชุกชุมเพิ่มขึ้นหลังการเผา ในช่วงฤดูฝนพบมีการฟื้นตัวของความชุกชุมของชุมชีพแบคทีเรียในดิน ดัชนี alpha diversity บ่งชี้ถึงความหลากหลายของแบคทีเรียลดลงทันทีหลังการเผา จากนั้น พบการเพิ่มขึ้นตั้งแต่ต้นฤดูฝนจนถึงฤดูร้อน ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลส่งผลต่อองค์ประกอบของชุมชีพแบคทีเรียในดิน โดยหลังการเผา 1 ปี พบว่ามีแบคทีเรียมีความชุกชุมมากขึ้น ในขณะที่ ความหลากหลายของชุมชีพแบคทีเรียฟื้นตัวกลับสู่ระดับก่อนการเผา ดินที่ไม่ถูกรบกวนตลอดระยะเวลา 5 ปี มีความคงตัวในความชุกชุมและความหลากหลายของแบคทีเรียตลอดฤดูกาลมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับแปลง M-5Y ความชุกชุมของแบคทีเรียกลุ่ม Proteobacteria พบมากที่สุดใน CF-5Y ในขณะที่ Actinobacteria พบมากที่สุดใน M-5Y สำหรับระดับสปีชีส์ พบว่า Candidatus Udaeobacter โดดเด่นในช่วงฤดูร้อนและฤดูหนาว ทั้งใน CF-5Y และ M-5Y สิ่งที่น่าสนใจ คือ ช่วงฤดูฝน Bacillus พบมากที่สุดทั้งในแปลง CF-5Y และ M-5Y งานวิจัยที่ต่อเนื่องในพื้นที่ไร่หมุนเวียนยังมีความจำเป็นเพื่อค้นหากลยุทย์ในการจัดการที่ดินหลังการเผาอย่างมีประสิทธิภาพ
การนำไปใช้ประโยชน์
ปี 2566
1. มีการถ่ายทอดความรู้ให้กับเกษตรกรในพื้นที่ศึกษา และผู้นำชุมชน เพื่อลดการสูญเสียธาตุอาหารในดินและการชะล้างพังทลายของดินในพื้นที่ไร่หมุนเวียน
2. ธรรมนูญชุมชนเพื่อจัดการไร่หมุนเวียนอย่างยั่งยืนหมู่บ้านแม่ป๊อก ฉบับที่ 1 พ.ศ. 2567
ปี 2567
มีผลงานตีพิมพ์
1) Arunrat, N., Sansupa, C., Sereenonchai, S., Hatano, R. Lal, R. 2024. Fire-induced changes in soil properties and bacterial communities in rotational shifting cultivation of Northern Thailand. Biology, 13(6), 383.
2) Arunrat, N., Sansupa, C., Sereenonchai, S., Hatano, R. 2023. Stability of soil bacteria in undisturbed soil and continuous maize cultivation in Northern Thailand. Frontiers in Microbiology, 14, 1285445.
3) Arunrat N, Sereenonchai S, Kongsurakan P, Yuttitham M, Hatano R.2023. Variations of soil properties and soil surface loss after fire in rotational shifting cultivation in Northern Thailand. Frontiers in Environmental Science, 11:1213181.
4) Arunrat N, Sereenonchai S, Kongsurakan P, Iwai CB, Yuttitham M, Hatano R. 2023. Post-fire recovery of soil organic carbon, soil total nitrogen, soil nutrients, and soil erodibility in rotational shifting cultivation in Northern Thailand. Frontiers in Environmental Science, 11, 1117427.
5) Toolkiattiwong, P., Arunrat, N., Sereenonchai, S. 2023. Environmental, Human and Ecotoxicological Impacts of Different Rice Cultivation Systems in Northern Thailand. International Journal of Environmental Research and Public Health, 20(3), 2738.
ความแตกต่าง หรือมีเอกลักษณ์ที่ต่างจากโครงการอื่น
-
ผลกระทบในระดับชุมชน ประเทศ ระดับโลก
ระดับชุมชน : โดยมีการจัดทำ “ธรรมนูญชุมชนเพื่อจัดการไร่หมุนเวียนอย่างยั่งยืนหมู่บ้านแม่ป๊อก” ที่คนในชุมชนร่วมกัน ออกแบบ กำหนดข้อตกลงและแนวปฏิบัติในการทำไร่หมุนเวียน โดยผ่านการรับฟังความคิดเห็นและการยอมรับร่วมกันของคนในชุมชน
SDGs หลัก
Goal 15
Key Message
ไฟมีผลต่อคุณสมบัติดินทั้งทางเคมี กายภาพ และจุลชีววิทยา โดยเพิ่มค่า pH ธาตุอาหาร แต่ลดอินทรีย์คาร์บอนและไนโตรเจนในดิน การเผายังส่งผลต่อความหลากหลายของแบคทีเรียในดินซึ่งฟื้นตัวตามฤดูกาล แปลงที่พักนานฟื้นตัวดีกว่า พร้อมเสนอแนวทางจัดการหลังเผา เช่น รักษาพืชคลุมดิน เลือกช่วงเวลาเผา และสร้างแนวกั้นหน้าดิน เพื่อลดการชะล้างและผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมระยะยาวอย่างยั่งยืนในพื้นที่สูง
สอดคล้องกับยุทธศาสตร์มหาวิทยาลัย
ยุทธศาสตร์ที่ 2 ยุทธศาสตร์ 1 Global Research and Innovation
ตัวชี้วัด THE Impact Ranking
15.3
15.3.1
15.3.1
