Research on soil and marine resources

การศึกษาวิจัยทรัพยากรดินและทรัพยากรทางทะเล

ทรัพยากรดินและทรัพยากรทางทะเลนับว่าเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่ใหญ่ที่สุดในโลก เป็นแหล่งที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต เป็นแหล่งที่มาและผลิตสิ่งที่จำสำคัญในการดำรงชีวิต ดังเช่น อาหาร แร่ธาตุ น้ำจืด ออกซิเจน รวมทั้งมีส่วนในการควบคุมสภาพอากาศบนพื้นโลก ภัยพิบัติต่างๆ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงสภาพสิ่งแวดล้อมของดินและทะเลแม้เพียงเล็กน้อยนั้นย่อมส่งผลกระทบโดยตรงต่อสิ่งมีชีวิตบนโลก

ทาง ห้องปฏิบัติการวิจัยทรัพยากรดินและทางทะเล (Research Laboratory of Soil and Marine Resources) มีกรอบงานวิจัยและวัตถุประสงค์ในการศึกษาวิจัยดังนี้

1. การศึกษาวัฏจักรคาร์บอน

พื้นดินและทะเล เป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนที่ใหญ่ที่สุดของโลก (Major carbon reservoir) ในกระบวนการทางธรรมชาติคาร์บอนจะถูกหมุนเวียนเปลี่ยนถ่ายโดยธาตุและสารประกอบคาร์บอนในสถานะป การย่อยสลายของจุลินทรีย์ หรือแม้แต่การเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลก ระบบการหมุนเวียนของคาร์บอนในโลกเรียกว่า วัฏจักรคาร์บอน (Carbon cycle) ในสภาวะปรกติ วัฏจักรดังกล่าวถูกสร้างมาอย่างสมดุล ปริมาณคาร์บอนที่ถูกปลดปล่อยจากแหล่งกักเก็บจะเท่ากับปริมาณคาร์บอนที่ถูกดูดซับจากแหล่งกักเก็บ ดังนั้นถ้าความสมดุลของวัฏจักรนี้เปลี่ยนแปลงไปจึงส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกโดยตรง

ดิน กักเก็บคาร์บอนในรูปของอินทรีย์คาร์บอน (Soil Organic Carbon: SOC) ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของอินทรียวัตถุในดิน (Soil Organic Matter: SOM) และเป็นตัวชี้วัดความอุดมสมบูรณ์ของดิน SOC มีความสำคัญต่อการผลิตอาหาร (Food Production) การลดผลกระทบ (Mitigation)และการปรับตัว (adaptation) ต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ รวมทั้ง เพื่อผลสำเร็จของเป้าหมายการพัฒนาที่ยั่งยืน การเพิ่มขึ้นของปริมาณ SOM ในดิน ทำให้เพิ่มสารอาหารแก่พืชและทำให้การซึมผ่านของน้ำดีขึ้น ทั้งสองสามารถเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดินและทำให้การผลิตอาหารของพืชดีขึ้นอย่างมาก รวมทั้ง SOC เพิ่มความเสถียรของโครงสร้างดิน โดยการทำให้ดินเป็นเม็ดมากขึ้น (aggregate formation) พร้อมกับทำให้มีความพรุนเพียงพอสำหรับการเติมอากาศ (aeration) และซึมน้ำ(infiltration) ที่ดีขึ้น เพื่อไปสนับสนุนการโตของพืช ร่วมกับปริมาณ SOC ที่เหมาะสมจะเพิ่มปริมาณการซึมน้ำของดินและสนับสนุนอุปทานน้ำสะอาดในอนาคต เร่งความเร็ว SOC ปลดปล่อยธาตุสู่ดินโดย  ในการทำให้ดินสามารถเป็นแหล่งอุดมสมบูรณ์ของการปลดปล่อย Greenhouse gas (GHG) ไปสู่ชั้นบรรยากาศ แม้ว่ามีผลกระทบทั้งหมดของการเปลี่ยนแปลงสภาวะภูมิอากาศกับคลัง SOC แปรผลอย่างมากตามภูมิภาคและชนิดของดิน การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิ และการเพิ่มความถี่ของเหตุการณ์ที่สุดโต่งเหมือนกับการนำการเพิ่มขึ้นของการสูญเสีย SOC

ผลของการเพิ่มจำนวนประชากร และสภาวะถูกกดดันทางด้านเศรษฐกิจ และสังคม ในปัจจุบัน ทำให้ความต้องการใช้ประโยชน์ทรัพยากรที่ดินที่มีอยู่อย่างจำกัดนั้น เพิ่มมากขึ้นทุกวัน ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือ การเปลี่ยนแปลงพื้นที่จากป่าไม้เป็นพื้นที่เกษตร หรือการปลูกพืชเชิงเดี่ยวต่อเนื่องทุกปี ซึ่งการใช้ที่ดินลักษณะนี้มีผลกระทบอย่างมากต่อความสูญเสียความอุดมสมบูรณ์ของดิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการสูญเสียอินทรีย์คาร์บอน (SOC) หรืออินทรียวัตถุในดิน (SOM) ย่อมส่งผลต่อระดับคุณภาพดินที่ลดลง อาจลดลงถึงระดับดินเสื่อมโทรม ส่งผลให้ผลผลิตทางการเกษตรเสียหาย ส่งผลต่อเศรษฐกิจในสังคมตามมา ไอโซโทปเสถียรของคาร์บอนคาร์บอน-13 ในดิน (สัดส่วนของคาร์บอน-13 ต่อ คาร์บอน-12 ถูกอธิบายในรูปเดลต้าคาร์บอน-13 (d¹³C)) สามารถนำมาใช้อธิบายพลวัตของคาร์บอนในดินจากวิถีปฏิบัติทางการเกษตรได้เป็นอย่างดี เนื่องจาก d¹³C มีค่าเฉพาะตัวตามลักษณะของอินทรีย์สารที่อยู่ในแหล่งธรรมชาติ เช่น ดิน พืช (ใบเลี้ยงเดี่ยว (C3) หรือใบเลี้ยงคู่ (C4)) และสัตว์ โดยอินทรีย์คาร์บอนส่วนใหญ่ ที่ผสมรวมอยู่ในดิน มาจากการสลายตัวของพืช 2 กลุ่ม คือ พืชประเภทไม้ยืนต้นหรือป่าไม้ (C4) ซึ่งจะมีค่า d¹³C ประมาณ -40 ‰ ถึง -20 ‰ (Per mil หรือ 1/1,000) และพืชอีกกลุ่มหนึ่ง คือ พืชใบเลี้ยงเดี่ยว (C3) เช่น ข้าว ข้าวโพด อ้อย จะมีค่า d¹³C ในช่วง -17 ‰ ถึง -9 ‰ โดยความแตกต่างของค่าเฉพาะ d¹³C ของพืช 2 กลุ่มนี้ ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถนำมาใช้จำแนกสัดส่วนของอินทรีย์คาร์บอนในดินที่มาจากการสลายตัวของพืช 2 กลุ่มได้ และสามารถใช้อธิบายการหมุนเวียนของอินทรีย์คาร์บอนในดิน ตลอดจนใช้วิจัยอัตราการเปลี่ยนแปลงของอินทรีย์คาร์บอนตามช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงสภาพหรือลักษณะการใช้ที่ดินได้เช่นกัน ซึ่งช่วยให้เข้าใจกลไกของวัฏจักรคาร์บอนในแหล่งกักเก็บต่าง ๆ ได้มากขึ้น

2. การศึกษาสารชีวพิษชนิดพิษอัมพาตจากหอยในสิ่งแวดล้อมด้วยเทคโนโลยีนิวเคลียร์

วิกฤตการณ์ภาวะโลกร้อน ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์น้ำทะเลเปลี่ยนสี (Red tides) บ่อยครั้งขึ้น ปรากฏการณ์น้ำทะเลเปลี่ยนสีเกิดจากการเพิ่มจำนวนของแพลงค์ตอนพืช โดยปรากฏการณ์น้ำทะเลเปลี่ยนสีบางครั้งเกิดจากการเพิ่มจำนวนของแพลงค์ตอนพืชที่สร้างสารชีวพิษ เมื่อแพลงค์ตอนพืชสร้างสารชีวพิษ สารชีวพิษนั้นจะถูกถ่ายทอดไปตามห่วงโซ่อาหารและก่อให้เกิดอันตรายต่อสัตว์ทะเลและมนุษย์

การระบาดแพลงค์ตอนพืชที่เป็นพิษ มีสาเหตุจากสาหร่ายเซลล์เดียวบางชนิด สามารถผลิตสารชีวพิษซึ่งสะสมในอาหารทะเล และมีผลต่อสุขภาพของประชาชน ผลของสารชีวพิษต่อมนุษย์มีตั้งแต่ ความรู้สึกไม่สบาย อ่อนเพลีย ท้องเสีย จนถึงการเสียชีวิต สารชีวพิษชนิดพิษอัมพาตจากหอย (Paralytic Shellfish Poisoning หรือ PSP) จัดเป็นสารชีวพิษที่มีความเป็นพิษมากที่สุดต่อมนุษย์

รูปที่ 1 ห่วงโซ่อาหารของสารชีวพิษ
ที่มาของภาพ : https://www.foodsafetynews.com

การวิเคราะห์สารชีวพิษชนิดพิษอัมพาตจากหอยด้วยเทคโนโลยีนิวเคลียร์ จะใช้เทคนิค Radioligand binding assays ซึ่งเป็นเทคนิคการใช้สารกัมมันตรังสีติดฉลาก (labels on binding ligands) วิเคราะห์ด้วยเครื่องวิเคราะห์สารรังสีแบบเรืองแสงในของเหลวบนไมโครเพลท (Microbeta) สำหรับการคำนวณผล กระทำโดยใช้สารมาตรฐานสร้างกราฟเปรียบเทียบความเข้มข้น (calibration curve) ในรูปแบบ sigmoid curve และใช้โปรแกรมการคำนวณที่ออกแบบขึ้นเฉพาะ

รูปที่ 2 หลักการวิเคราะห์สารชีวพิษด้วยเทคนิคสารติดฉลากรังสี
ที่มาของภาพ : https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov

งานวิจัยที่กำลังดำเนินการอยู่ในขณะนี้

1. ผลกระทบของการใช้ที่ดิน การปลูกพืชหมุนเวียน และ/หรือจากวิถีปฏิบัติทางการเกษตรต่อการเปลี่ยนแปลงของอินทรีย์คาร์บอนในดิน
2. เพื่อวิจัยกลไกและปริมาณการกักเก็บคาร์บอนในดินและตะกอนชายฝั่ง (Carbon sequestration)
3. เพื่อใช้อธิบายการหมุนเวียนของอินทรีย์คาร์บอนในลำดับชั้นอาหาร (Trophic level)

เครื่องมือที่ใช้ในการวิจัย

เครื่องวิเคราะห์ไอโซโทปเสถียรคาร์บอน-13 ในดิน

งานวิจัยที่เผยแพร่

1. Depth Profiles of Soil Carbon Isotopes as Influenced by Crop Residues (Wutthikrai Kulsawat, Phatchada Nochit, Jaruwit Khunsamut) Science & Technology Asia Vol.26, No.2, April-June, 2021, 79-86.
2. Paddy Soil Profile Distribution of d¹³C Subjected to Rice Straw Amendment and Burning (Wutthikrai Kulsawat, Boonsom Porntepkasemsan,Phatchada Nochit) Applied Mechanics and Materials ISSN: 1662-7482, Vol. 886, pp 3-7 ; doi:10.4028/www.scientific.net/AMM.886.3

ผู้รับผิดชอบ: นายวุฒิไกร กุลสวัสดิ์ นางสาวพัชฎา โนจิตต์

อาคาร 3 สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) อ.องครักษ์ เบอร์โทร  0 2401 9885 ต่อ
update: 30 มีนาคม 2566