การชะล้างและน้ำไหลบ่าหน้าดินจากป่าเบญจพรรณ เชียงดาว เชียงใหม่

Surface Soil Erosion and Surface Flow from Mixed Deciduous Forest,
Chiang Doa, Chiang Mai

บทคัดย่อ

                     การศึกษาการชะล้างหน้าดินและการไหลบ่าหน้าดินจากป่าเบญจพรรณ บริเวณสถานีวิจัยลุ่มน้ำดอยเชียงดาว เชียงใหม่ เมื่อปี พ.ศ. 2542 - 43 การวางแผนการทดลองแบบ 2 x 3 factorial with completely randomized design ที่สภาพพื้นที่ประกอบด้วย 3 รูปแบบ คือ พื้นที่ไม่ถูกรบกวน ถูกไถพรวน และถูกไฟไหม้ และความลาดชัน 2 ระดับ คือ 23% และ 57%, มี 2 ซ้ำ (2 ปี) และรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณน้ำไหลบ่าหน้าดิน ตะกอนดิน และความเข้มของฝน ซึ่งผลการศึกษาสรุปได้ว่าการชะล้างหน้าดินและน้ำไหลบ่าหน้าดินมากที่สุดในพื้นที่ที่ไถพรวน และพบว่าการชะล้างหน้าดินและน้ำดังกล่าวเนื่องจากการจัดการพื้นที่ที่แตกต่างกันแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญยิ่งทางสถิติ ส่วนระดับความลาดชันไม่มีอิทธิพลต่อค่าทั้งสอง และไม่มีอิทธิพลร่วมกันระหว่างปัจจัยทั้งสอง โดยค่าดัชนีความคงทนของดินเฉลี่ย 0.004495 และดัชนีพืชคลุมดิน (C-Factor) ซึ่งประเมินจากพลังงานจลน์ของฝนในพื้นที่ที่ไม้พื้นล่าง ไฟไหม้ และไถพรวน มีค่าเฉลี่ยประมาณ 0.05 - 0.20, 0.10 - 0.59 และ 1.07 - 4.94

คำหลัก : การชะล้างหน้าดิน, น้ำไหลบ่าหน้าดิน, ป่าเบญจพรรณ, ดัชนีพืชคลุมดิน

    Chiang Dao Watershed Research Station, 130/1 M4, Don Keaw, Mea Rim, Chiang Mai 50180
    E - mail: pcpc@loxinfo.co.th

   Khun Kong Watershed Research Station, Meang Na, Chiang Doa, Chiang Mai 50170

   Forest Environment Research and Development Division, Forest Research Office, Royal Forest Department,

   Chatuchak, Bangkok 10900
   E - mail: warinj@forest.go.th

Abstract

                        The studies on surface soil erosion and surface flow from mixed deciduous forest were carried at Chiang Dao Watershed Research Station, Chiang Mai during 1999-2000 by using 2x3 factorial with completely randomized design. Three condition:- undisturbed, ploughed and fired forest, were assigned to be the main plot while two slope levels, 23% and 57%. There were two replication (2 years) in each experiment. Data on surface soil erosion and surface flow and rainfall intensity were recorded. Data analysis showed that maximum surface soil erosion and surface flow were obtained from ploughed areas. Statistical speaking, however, revealed on highly significant difference in soil surface erosion and surface flow among crop management conditions, but insignificant difference between slop levels and among inter actions between both treatment. Average soil erodibility factors was 0.004495. Crop management factors: undisturbed, ploughed and fired forest estimated on the base of rainfall factor were of 0.05-0.20, 0.10-0.59 และ 1.07-4.94, respectively.

Key words : soil surface erosion, water surface run - off, mixed deciduous forest, crop management factor

คำนำ

ป่าเบญจพรรณเป็นป่าไม้ที่ประกอบไปด้วยไม้ที่มีประโยชน์ในการก่อสร้างหลากหลายชนิด ขณะเดียวกันก็เป็นป่าที่มีความสำคัญต่อระบบนิเวศโดยรวม เช่น เป็นแหล่งอาหารป่า แหล่งต้นน้ำลำธารที่มีสำคัญโดยเฉพาะพื้นที่ที่ต่ำกว่า 1,000 เมตรจากระดับน้ำทะเล และเป็นป่าที่ควบคุมสมดุลของบรรยากาศที่ใกล้กับชุมชน อาจกล่าวได้ว่าป่าเบญจพรรณเป็นป่าที่มีความสำคัญต่อชุมชน โดยเฉพาะชุมชนที่อาศัยอยู่บริเวณที่ลาดเนินเขา วัตถุประสงค์การวิจัยครั้งนี้ประกอบด้วย (1) เพื่อสำรวจการชะล้างและการไหลบ่าน้ำหน้าดินจากป่าเบญจพรรณ (2) เพื่อหาค่าปัจจัยความคงทนของดิน (3) เพื่อประเมินสัมประสิทธิ์การควบคุมการชะล้างพังทลายของดินของพืชที่ใช้ในสมการการสูญเสียดินสากลในพื้นที่ดังกล่าว และสุดท้ายเพื่อใช้ข้อมูลในข้อที่ (3) ประเมินการชะล้างหน้าดินจากพื้นที่ลุ่มน้ำที่เป็นป่าเบญจพรรณ

วิธีการศึกษา

การวางแผนการทดลองและพื้นที่วิจัย

กำหนดแผนการทดลองแบบ 2X3 factorial with completely randomized design ประกอบด้วยปัจจัยแรก 3 ลักษณะพื้นที่ ประกอบด้วยแปลงที่มีไม้พื้นล่าง ไถพรวน และเผาไม้พื้นล่างในฤดูแล้ง ปัจจัยที่สองที่พื้นที่ลาดชัน 2 ระดับ 23% และ 57% รวมทั้งหมด 6 แปลง โดยเก็บข้อมูล 2 ปี (2 ซ้ำ) และอีก 1 แปลง (ความลาดชัน 57%) ที่ไถพรวนและไม่มีป่าเพื่อใช้ศึกษาค่าปัจจัยความคงทนของดิน พื้นที่วิจัยอยู่บริเวณรอบสถานีวิจัยลุ่มน้ำดอยเชียงดาว เชียงใหม่ (เป็นส่วนหนึ่งของอุทยานแห่งชาติศรีลานนา โดยมีแปลงทดลองทั้งหมดขนาดกว้าง 4 เมตร ยาว 20 เมตร วางขนานไปตามด้านลาดที่มีความลาดชัน)

การรวบรวมข้อมูล

ตรวจวัดน้ำไหลบ่าหน้าดินและตะกอนดินในถังรองรับทุกวันที่มีน้ำไหลบ่าหน้าดิน โดยวัดความสูงของน้ำในถัง และหาตะกอนแห้ง นอกจากนั้นตรวจค่าน้ำฝนจากเครื่องวัดน้ำฝนแบบอัตโนมัติเพื่อวิเคราะห์พลังงานจลน์ของฝน

การวิเคราะห์ข้อมูล

วิเคราะห์พลังงานจลน์ของฝนที่ทำให้เกิดการชะล้างพังทลาย โดยอาศัยสมการตามรูปแบบของ Wischmeier and Smith (1958) และ Dangler and El-Swaity (1976) ศึกษาไว้ในรูปความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานจลน์ที่เกิดจากฝนและอัตราความหนักเบาของฝนดังนี้

E_k = 210.3 + 89 log I ………………………(1)

เนื่องจากค่า Ek ที่คำนวณได้เป็นพลังงานจลน์ที่เกิดจากปริมาณน้ำฝน 1 เซนติเมตร ดังนั้นพลังงานจลน์ที่เกิดขึ้นทั้งหมดในแต่ละช่วงเวลา จึงคำนวณได้จาก

E_kp = E_k.P                  ………………………(2)

ค่า E_kp ที่คำนวณได้นี้เมื่อนำมาคูณกับความหนักเบาของฝนที่ตกหนักที่สุดในช่วง 30 นาที (I30-max) หารด้วย 100 ได้ดัชนีพลังชะล้างพังทลายของฝนที่ตกครั้งนั้น เรียกปัจจัยพลังงานจลน์ของฝน (Rainfall Factor หรือ RFAC หรือ R) นั่นคือ

R = E_kp. I _30-max/100 ………………………(3)

วิเคราะห์ดัชนีที่เกิดจากอิทธิพลของความยาวและดีกรีของความลาดชันที่เกี่ยวกับความยาวและดีกรีของความชัน (LS - factors) วิเคราะห์ตามสมการที่ Wischmeier and Smith (1958) ได้ศึกษาไว้คือ

S = (0.43+0.30s+0.043s²)/6.613 ………………………(4)

L = ( l /22.1)^0.5 ………………………(5)

วิเคราะห์ดัชนีการพังทลายของดินคำนวณจากสมการของ Dangler and El - Swaity (1976)

K = 0.00774 A/EI.CLS

เนื่องจากค่า 0.00774 เป็นค่าที่เปลี่ยนหน่วยจาก 100 ft - ton/acre - in มาเป็น m2 - ton/ha - cm ดังนั้นเมื่อต้องการเปลี่ยนค่า 1 ft - ton/acre - in มาเป็น m - ton/ha - cm ได้สูตรที่ดัดแปลงใหม่ดังสมการที่ 6

K = 0.774 A/EI.CLS ………………………(6)

สำหรับแปลงที่ไม่พืชคลุมดินมีค่า C เท่ากับ 1 ทำให้คำนวณค่าดัชนีการพังทลายของดินได้ และค่าดังกล่าว และสมการที่ 6 สำหรับแปลงที่มีพืชปกคลุมดินสามารถคำนวณค่า C

C = 0.774 A/RKLS ………………………(7)

เมื่อ R คือปัจจัยพลังงานจลน์ของฝน: m - ton/ha

ภาพที่ 1 การชะล้างและปริมาณน้ำไหลบ่าหน้าดินเฉลี่ยต่อปีจากป่าเบญจพรรณ เชียงดาว เชียงใหม่ พ.ศ. 2543 - 44

ผลและวิจารณ์ผล

1. การชะล้างดินและน้ำไหลบ่าหน้าดิน

                  ผลการวิจัยจากภาพที่ 1 แสดงให้เห็นว่าการชะล้างหน้าดินและน้ำไหลบ่าหน้าดินจากพื้นที่ป่า เบญจพรรณที่มีการไถพรวนมีค่ามากจากตารางที่ 1, 2 และ 3 พบว่าพื้นที่ที่ไม่มีไม้พื้นล่างเนื่องจากพื้นที่ถูกไถพรวน หรือถูกไฟไหม้ ไม่มีไม้พื้นล่างและซากพืชซึ่งชะลอการชะล้างหน้าดินและน้ำไหลบ่าหน้าดิน กล่าวคือ ระบบเรือนรากของไม้พื้นล่างซึ่งส่วนมากอยู่บริเวณดินชั้นบนประสานกัน ปริมาณอินทรีย์วัตถุและความพรุนของดินมาก พืชเหล่านี้และสิ่งปกคลุมดินได้เข้ามามีบทบาทมากในการช่วยซับน้ำฝน ลดแรงปะทะของเม็ดฝนที่ผ่านเรือนยอดต้นไม้ และหน่วงเหนี่ยวการไหลของน้ำที่ไหลบ่าตามหน้าดินให้ช้าลง โดยทำให้ดินจับกันเป็นก้อนดีขึ้น เพิ่มปริมาณช่องว่างในดินทำให้มีการซึมน้ำได้มากขึ้น และช่วยทำให้กิจกรรมของสิ่งมีชีวิตภายในดินมีมากขึ้นอันเป็นผลทำให้ดินจับเป็นก้อนมีความคงทนมากขึ้น การที่ไฟไหม้ไม้พื้นล่างและซากพืชในฤดูแล้งประสิทธิภาพในการป้องกันการไหลบ่าน้ำและการชะล้างหน้าดินของไม้พื้นล่างลดลง เพราะว่าปริมาณอินทรีย์วัตถุในดินลดลง ซึ่ง Thompson (1991) กล่าวถึงผลกระทบต่อเนื่องที่ทำให้ไส้เดือน และสิ่งที่มีชีวิตในดินลดลงตามไปด้วยโดยความร้อนจากไฟป่าและแสงแดด และการขาดแคลนแหล่งอาหารอันเป็นสาเหตุให้ดินแน่นตัว ยากต่อการซึมน้ำของดินและการชะล้างหน้าดิน อย่างไรก็ตามเมื่อฝนตกไม้พื้นล่างขึ้นมาทดแทนและซากพืชที่ตกมาค้างที่ไม้พื้นล่างทำให้ปริมาณน้ำไหลบ่าหน้าดินและดินที่ถูกชะล้างน้อยลง ต่างจากพื้นที่ที่ถูกไถพรวนที่ขาดไม้พื้นล่างและซากพืชชะลอการไหลบ่าของและการชะล้างหน้าดินในช่วงฤดูฝน

ตารางที่ 1 การวิเคราะห์ความแปรปรวนของการชะล้างหน้าดิน
  

หมายเหตุ : A คือความลาดชันของพื้นที่ B คือการจัดการพื้นที่

ตารางที่ 2 การวิเคราะห์ความแปรปรวนของการไหลบ่าน้ำหน้าดิน
  

หมายเหตุ : A คือความลาดชันของพื้นที่ B คือการจัดการพื้นที่

ตารางที่ 3 ปริมาณดินและน้ำที่ถูกชะล้าง
  

หมายเหตุ: ตัวอักษรที่ต่างกันในแต่ละคอลัมน์แสดงค่าที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญยิ่งทางสถิติ

                   จากข้อมูลข้างต้นพบความลาดชันไม่มีอิทธิพลต่อการชะล้างหน้าดินและน้ำไหลบ่าหน้าดินในแปลงทดลอง ทั้งนี้เพราะว่าแปลงทดลองมีความลาดชันมากขึ้นมีพื้นที่รับน้ำฝนน้อยลง ทำให้น้ำไหลบ่าหน้าดิน และการพัดพาตะกอนลดลงด้วยซึ่งทดแทนกัน และพบความลาดชันและการจัดการไม้พื้นล่างไม่มีอิทธิพลร่วมต่อการชะล้างหน้าดินและการไหลบ่าของดิน ทั้งนี้เพราะความลาดชันไม่มีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลงชนิดของไม้พื้นล่างและเนื้อดิน

2. ค่าปัจจัยดัชนีดิน

                  ค่าดัชนีความคงทนของดินที่แปลงดินว่างเปล่าที่ความชัน 57% ได้ค่าเฉลี่ย 0.004495 ต่างจากที่ เพ็ญพิศ และสุพจน์ (2536) ประเมินจากดินในป่าเบญจพรรณที่จังหวัดน่าน ด้วยวิธีเดียวกัน พบประมาณ 0.01 และด้วย monograph พบประมาณ 0.37 ทั้งนี้เนื่องจากบริเวณแปลงทดลองไม่มีไฟไหม้มานาน เป็นสาเหตุให้มีปริมาณอินทรีย์วัตถุมาก ซึ่งช่วยลดการชะล้างหน้าดิน

3. ค่าดัชนีพืชคลุมดินที่เกิดจากพลังงานจลน์ของฝน (C - Factor)

                   จากตาราง 4 ค่าดัชนีพืชคลุมดินที่เกิดจากพลังงานจลน์ของฝนสูงกว่าพื้นที่ป่าดิบเขาที่สมบูรณ์ที่ พรชัย (2527) ศึกษาพบที่ดอยปุย เชียงใหม่ ซึ่งมีค่าประมาณ 0.000264 ทั้งนี้เพราะว่าป่าเบญจพรรณมีต้นไม้ที่มีใบขนาดใหญ่ ใบไม้รวบรวมน้ำและปลดลงมาในปริมาณที่มากจนมีพลังงานมาก ทำให้ประสิทธิภาพในการป้องกันการชะล้างพังทลายของดินที่ต่ำกว่าป่าดิบเขา พบว่าพื้นที่ไถพรวนมีค่าดัชนีพืชคลุมดินดังกล่าวมากกว่า 1 แสดงให้เห็นว่าเป็นค่าที่เกิดจากพลังงานของน้ำพืชหยดที่มีพลังงานสูงกว่าน้ำฝนมาก เนื่องจากใบไม้ขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตามพบค่าที่เกิดจากพื้นที่ถูกไฟไหม้มีค่าต่ำกว่า 1 แม้ว่าสูงกว่าค่าที่ได้จากพื้นที่ที่ไม้พื้นล่างปกคลุม ทั้งนี้เพราะฝนตกทำให้ไม้พื้นล่างเจริญเติบโตขึ้นมาทดแทน

ตารางที่ 4 ค่าดัชนีพืชคลุมดินที่เกิดจากพลังงานจลน์ของฝน
   

สรุปและข้อเสนอแนะ

                  การศึกษาครั้งนี้พบว่าไม้พื้นล่างมีอิทธิพลโดยตรงต่อการชะล้างพังทลายดินและน้ำไหลบ่าหน้าดิน การป้องกันป่าเบญจพรรณเพื่ออนุรักษ์ดินและน้ำจำเป็นต้องป้องกันการสูญเสียไม้พื้นล่างโดยเฉพาะการเกิดไฟป่า และการขุดหาของป่า

                  ค่าดัชนีการปกคลุมดินของพืชพรรณ (C) ที่ได้ใช้ประเมินการสูญเสียดินในพื้นที่อื่นๆ ที่มีลักษณะพืชพรรณและการใช้ประโยชน์ที่ดินที่เหมือนกันได้ และควรใช้ค่าที่ได้จากแปลงที่ถูกไฟไหม้ไม้พื้นล่างทั้งนี้เพราะพื้นที่ป่าเบญจพรรณส่วนใหญ่ถูกไฟไหม้ และนำไปประเมินเฉพาะพื้นที่ป่าเบญจพรรณบริเวณพื้นที่จังหวัดเชียงใหม่ตอนเหนือ ทั้งนี้เนื่องจากชนิดของพันธุ์ไม้ในป่ามีลักษณะคล้ายกัน แต่เนื่องจากการวิจัยครั้งนี้ใช้ข้อมูลความคงทนต่อการถูกชะล้างพังทลายของดินในแปลงที่มีการไถพรวนที่มีค่าความลาดชันมากกว่า 9 เปอร์เซ็นต์ จึงควรระมัดระวังความถูกต้องของข้อมูล

                 เนื่องจากใบไม้ขนาดใหญ่ในป่าเบญจพรรณทำให้เกิดพลังงานจลน์มาก มีอิทธิพลอย่างมากต่อการชะล้างดิน ดังนั้นควรวิจัยการเกิดของพลังงานดังกล่าวที่ผ่านต้นไม้ใบใหญ่แต่ละชนิด เช่น สัก และพลวง

                เนื่องจากค่าที่ได้เป็นค่าที่ทดลองซ้ำเพียง 2 ปี ควรดำเนินการซ้ำอย่างน้อยอีก 6 ปี เพราะค่าที่จะใช้ประเมินได้ผลไม่ควรเป็นค่าที่ได้จากการวิจัยระยะสั้น ทั้งนี้เนื่องจากลักษณะฝน และปริมาณฝนเปลี่ยนแปลงทุกปี

                ควรสำรวจค่าปัจจัยความคงทนต่อการชะล้างพังทลายของดินในแปลงทดลองโดยการวิธีโนโมกราฟ (Wischmeier, et al, 1971) เปรียบเทียบกับวิธีการที่ได้จากแปลงทดลอง

เอกสารอ้างอิง

พรชัย ปรีชาปัญญา. 2527. การสูญเสียดินและน้ำจากการประยุกต์ระบบวนเกษตร: การศึกษาเฉพาะกรณี
           การทำสวนกาแฟในป่าดิบเขาที่ดอยปุย เชียงใหม่. กรุงเทพมหานคร : วิทยานิพนธ์ปริญญาโท, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.

เพ็ญพิศ ธิติโรจนะวัฒน์ และสุพจน์ เจริญสุข 2536. การทดสอบการใช้สมการการสูญเสียดินสากล (USLE)
           ในพื้นที่ป่าไม้ รายงานการวิจัย กลุ่มลุ่มน้ำ ส่วนวิจัยและพัฒนาสิ่งแวดล้อมป่าไม้ สำนักวิชาการป่าไม้
            กรมป่าไม้ 49 หน้า

Dangler, E.W. and El – Swaify S.A. 1976. Erosion of selected Hawaii soil by simulated rainfall. Soil Sci.
             Amer. J. 40 : 769 - 733.

Humphreys, L.R. 1994. Tropicalforages : their role in sustainable agriculture. Boocraft (Baht) ltd.

Schulz, E.F. 1981. Sediment yield estimates in planning land - use changes. South - East Asian Regional
            Symposium on Problems of Soil Erosion and Sedimentation. Jan. 27 - 29, 1981, Bangkok, Thailand :
            117 - 127.

Thompson, J.P. 1991, How does organic farming perform in relation to soil biology? In Thompson,
            J.P., and Thomas, G.A.(eds), Organic farming in field crop production. Brisbane, Queenland
            Department of primary industries conference and workshop series. Brisbane, Queenland,
            QC91001: 23-30.

Wischmeier, W.H. and Smith D.D. 1958. Rainfall energy and relationship to soil loss. Trans. Amer.
           Geophys Union. 30 (2) : 285 -219.

Wischmeier, W.H., Johnson,C.B. and Cross, B.V. 1971. A soil erodibility nomograph for farm land and
            contribution sites. J. of soil and water conserv. 26 (5): 189-192.