การพัฒนาเทคนิคชีววิศวกรรมปฐพีเพื่อเสริมเสถียรภาพและลดการกัดเซาะของลาด

บทคัดย่อ

ปัญหาดินถล่มในประเทศไทย นับวันจะทวีความรุนแรงมากยิ่งขึ้น แนวทางลดความเสี่ยงภัยดินถล่มตามแนวพระราชดำริแนวทางหนึ่งคือการปลูกพืชร่วมกับวิธีวิศวกรรม ที่เรียกว่าวิธีวิศวกรรมชีวภาพ หรือ ชีววิศวกรรม เช่น การปลูกแฝก ร่วมกับพืชอื่น เช่น ไคร้นุ่น ฯลฯ โดยพิจารณาลักษณะของรากที่มีผลต่อเสถียรภาพของลาด และความเหมาะสมกับโครงสร้างทางวิศวกรรมที่ใช้ ในการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประยุกต์เทคนิคทางชีววิศวกรรมรูปแบบต่าง ๆ เช่น การใช้ไม้ปักชำลึก (Live stake) รวมไปถึงประเมินสมบัติทางวิศวกรรมของหญ้าแฝก โดยเฉพาะด้านการไหลซึมของน้ำผ่านดินที่มีหญ้าแฝก การประยุกต์แผ่นเสริมแรงจีโอเทกซ์ไทล์เพื่อเสริมเสถียรภาพ และการใช้เทคนิคธรณีฟิสิกส์เพื่อประเมินปริมาณรากในดินจากการติดตามผลแปลงทดสอบชีววิศวกรรมปฐพี พื้นที่ ต.ผามูล อ.ลับแล จ.อุตรดิตถ์ ด้วยเทคนิค Minirhizotron พบว่าปริมาณรากจะสูงขึ้นที่ระดับความลึกประมาณ 1-2 เมตร มากกว่าที่ระดับความลึกน้อยในช่วงแรก แสดงให้เห็นว่ารากพืชงอกจากตำแหน่งปลายของไม้ปักชำเป็นการเสริมรากที่ความลึกได้อย่างดี และเมื่อเวลาผ่านไปในระยะยาวพบว่ารากพืชในแปลง A (เกเบียนและกระสอบแบบมีปีก) เริ่มมีปริมาณมากขึ้นที่ความลึก 1-2 เมตร โดยมีค่าอัตราส่วนรากต่อพื้นที่ RAR ประมาณ 2% ซึ่งบ่งชี้ว่าดินน่าจะมีความเชื่อมประสานเนื่องจากรากพืช (Root cohesion) เพิ่มมากขึ้นตามเวลา แปลง A (เกเบียนและกระสอบแบบมีปีก) มีการเคลื่อนตัวด้านข้างน้อยที่สุดเพียง 6 มิลลิเมตร สำหรับแปลง B , C (กระสอบจีโอเทกซ์ไทล์ และกระสอบมีปีก) และ D (ผ้าห่มดิน) มีแนวโน้มการเคลื่อนตัวด้านข้างใกล้เคียงกันประมาณ 20-25 มิลลิเมตร ทั้งนี้ เมื่อนำค่าการเคลื่อนตัวทั้งสองทิศทางมาพล็อตในลักษณะ Vector พบว่าโครงสร้างเกเบียนในแปลง A มีประสิทธิภาพในการป้องกันการเคลื่อนตัวด้านข้างดีกว่ารูปแบบอื่นจากผลการศึกษาแนวทางการสำรวจรากด้วยวิธีธรณีฟิสิกส์ พบว่าการวัดค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า สามารถแยกความแตกต่างระหว่างรากพืชกับดินได้ โดยการวางขั้วแบบไดโพล - ไดโพล แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างของรากพืชกับดินที่ชัดเจนกว่าผลจากการอ่านค่าจากการวางขั้วแบบชลัมเบอร์เจร์ โดยความหนาแน่นรากเป็นปฏิภาคผกผันกับความชื้น และเป็นปฏิภาคกับค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า ความสัมพันธ์ของการเจริญเติบโต และความความหนาแน่นของรากมีผลต่อค่าสภาพต้านทานไฟฟ้า แสดงชัดเจนในช่วงสัปดาห์ที่ 3 ที่พืชมีการเจริญเติบโตเต็มที่ ทำให้ค่าสภาพต้านไฟฟ้าสูงมาก และจากนั้นค่าสภาพต้านทานไฟฟ้าเปลี่ยนเป็นลดลงสัปดาห์ที่ 4 เมื่อพบว่าพืชเริ่มตายไปบางส่วนอิทธิพลจากรากแฝกต่อค่าสัมประสิทธิความซึมน้ำของดิน มีพฤติกรรมที่เปลี่ยนไปตามเวลาและอายุของรากในช่วงแรกเริ่มปลูก รากแฝกอาจส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิความซึมน้ำของดินเหนียว และดินทรายแป้งมีค่าสูงขึ้นเนื่องจากการดูดน้ำไปใช้ของพืชทำให้ดินหดตัวเกิดรอยแตกร้าว แต่เมื่อปริมาณรากแฝกมากกว่าระดับหนึ่ง (ประมาณ 1% โดยปริมาตรดิน หรือ 6kg/m3) จะส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิความซึมน้ำต่ำลงเนื่องจากรากแฝกชอนไชไปแทนที่ช่องว่างดิน อย่างไรก็ตามในระยะยาวต่อไปอีก (นานกว่า 1 ปี) หากรากแฝกเกิดการย่อยสลายจะส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิความซึมน้ำสูงขึ้นได้อีกการทดสอบกำลังรับแรงเฉือนผิวสัมผัสของดินกับแผ่นใยสังเคราะห์ในสภาวะอิ่มตัวด้วยน้ำทั้ง 3 ชนิด ได้แก่ ดินทรายปนดินทรายแป้ง (Silty Sand, SM), ดินทรายแป้งที่มีความเป็นพลาสติกต่ำ (Low Plasticity Silty Soil,ML) และดินเหนียวที่มีความเป็นพลาสติกสูง (High Plasticity Clay, CH) การทดสอบกับตัวอย่าง แบบ A (ผิวสัมผัสระหว่างแผ่นใยสังเคราะห์แนบแน่นกับดิน) พบว่าค่ากำลังเฉือน มากกว่าการเสริมแรงแบบ B (ผิวสัมผัสระหว่างแผ่นใยสังเคราะห์ไม่แนบแน่นกับดิน) โดยเฉพาะในกรณีดินในสภาวะไม่อิ่มน้ำ พบว่าการเพิ่มขึ้นของกำลังเฉือนตามแรงดูดมีค่าน้อยมากในสภาวะเสริมแรงแบบ B ดังนั้นการบดอัดดินในสนามให้สัมผัสกับแผ่นใยสังเคราะห์อย่างดีจึงมีความสำคัญจากการทดลองปลูกต้นกล้าหญ้าแฝกในท่อยาว ด้วยวิธี Tube seedlings โดยใช้วัสดุชนิดต่าง ๆ เป็นท่อปลูก ได้แก่ ไม้ไผ่ ท่อกระดาษ ท่อคอนกรีต และท่อ PVC เพื่อศึกษาความเหมาะสม และอัตราการเจริญเติบโตในท่อชนิดต่าง ๆ พบว่าขนาดของท่อปลูกมีอิทธิพลต่อการเติบโตของต้นกล้าหญ้าแฝก เมื่อขนาดท่อใหญ่ขึ้นจะส่งผลให้อัตราการงอกของความยาวของรากมีมากขึ้น โดยเฉพาะในช่วงเดือนแรก แต่ในระยะยาว (3 เดือน) หลัง ปลูก พบว่าขนาดของท่อไม่มีอิทธิพลมากนัก หากเปรียบเทียบชนิดของวัสดุท่อปลูก พบว่าท่อกระดาษ และท่อพีวีซี ให้ผลการเติบโตของหญ้าแฝกดีที่สุด ตามด้วย ท่อซีเมนต์ ส่วนท่อไม้ไผ่ พบว่าให้ผลไม่ดีเท่าที่ควร ทั้งนี้พบว่า ท่อไม้ไผ่มีลักษณะรูภายในปล้องเล็กทำให้ดินไม่หลุดลงไปด้านล่าง และเกิดช่องว่างขึ้นในท่อทำให้หญ้าแฝกโตได้ไม่ดี รวมทั้งท่อไม้ไผ่มีการดูดความชื้นจากดินเข้าไปที่ไม้ไผ่ค่อนข้างมาก และวัสดุอาจก่อให้เกิดเชื้อราซึ่งส่งผลเสียต่อรากหญ้าแฝกได้

คำสำคัญ