Soil bioengineering in Forestry : วิศวกรรมชีวภาพทางดินในการป่าไม้

บทความโดย ผศ.ดร.พยัตติพล ณรงคะชวนะ

ในการศึกษาทางวนศาสตร์ มีหลายกิจกรรมที่เกี่ยวข้องกับงานวิศวกรรม หนึ่งในนั้น คืองานที่ใช้พืชหรือต้นไม้เป็นโครงสร้างวิศวกรรมเพื่อช่วยควบคุมหรือยึดดินไม่ให้เลื่อนไหลพังทลายในพื้นที่สูง เรียกว่า วิศวกรรมชีวภาพทางดิน หรือ soil bioengineering งานนี้อาจเรียกได้ว่า เป็นงานป้องกันภัยพิบัติทางธรรมชาติ (ดินถล่ม น้ำกัดเซาะตลิ่ง) ซึ่งวิศวกรจำเป็นต้องหาทางป้องกันโดยการสร้างกำแพงกันดินหรือตลิ่ง วัสดุวิศวกรรมส่วนใหญ่จะใช้เหล็ก คอนกรีต ไม้เสาเข็ม และมีการออกแบบโครงสร้างตามหลักวิศวกรรม อย่างไรก็ดี หากพื้นที่ประสบภัยพิบัติอยู่ในพื้นที่สูง เช่นพื้นที่ป่าไม้ การเข้าถึงพื้นที่เพื่อขนส่งวัสดุและเครื่องจักรกลทำได้ยาก เสียค่าใช้จ่ายสูง อีกทั้งโครงสร้างเหล่านั้นไม่สอดคล้องกับสภาพแวดล้อม การปลูกพืชยึดดิน กันดินพัง เป็นวิธีที่สะดวกและเหมาะสมในการขนส่งกล้าไม้ ปลูกต้นไม้ สามารถร่วมมือกับชุมชนในท้องถิ่นได้ ช่วยลดค่าใช้จ่าย และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

การใช้พืชเป็นวัสดุวิศวกรรมจะมองต้นไม้ในลักษณะเชิงกล กล่าวคือ ต้องทราบรูปแบบการกระจายของรากพืช ความหนาแน่นของระบบราก ความสามารถในการรับแรงดึงราก ความสามารถในการต้านทานแรงเฉือนราก ร่วมกับสภาพภูมิประเทศ สมบัติทางฟิสิกส์ วิศวกรรม และอุทกวิทยาของดิน จากข้อมูลในอดีต พบว่ามีไม้ป่าไม่ถึง 15 ชนิด ที่ได้ศึกษาไปแล้ว โดยคณะวิศวกรรมศาสตร์ ซึ่งไม่เพียงพอต่อการตอบคำถามที่ว่า “ควรเลือกปลูกพืชยึดดินชนิดใด” นอกจากนี้ งานวิศวกรรมชีวภาพทางดินยังรวมถึง การปลูกพืชตระกูลหญ้า หรือพืชริมน้ำ เพื่อป้องกันดินกัดเซาะริมตลิ่งในร่องน้ำ แม่น้ำ (streambank protection) การปลูกพืชประเภทไม้ยืนต้น หรือไม้พุ่ม เพื่อป้องกันดินถล่มระดับตื้นในบริเวณที่ลาดเขา เช่น ส่วนตัดของถนนป่าไม้ ทางหลวง หรือส่วนถมของสันเขื่อน (hillslope protection) การปลูกพืชป้องกันดินกัดเซาะชายฝั่ง (coastal protection) จะเห็นได้ว่า งานวิศวกรรมชีวภาพทางดิน มีขอบเขตพื้นที่ครอบคลุมตั้งแต่ยอดเขา ตามร่องน้ำ ตลอดจนถึงชายฝั่งทะเล

ภาควิชาวิศวกรรมป่าไม้ เป็นส่วนหนึ่งของคณะวนศาสตร์ ที่เน้นงานวิจัยที่ประยุกต์งานวิศวกรรมศาสตร์มาใช้ในทางป่าไม้ จึงมีการศึกษาเรื่อง วิศวกรรมชีวภาพทางดินของรากพืชไม้ป่า ได้แก่ ประดู่ป่า ตะเคียนทอง ตะเคียนหิน เคี่ยมคะนอง สัก แดง ยางนา พะยอม มะขามป้อม ยูคาลิปตัส กระถินเทพณรงค์ การศึกษาประกอบด้วย

1) รูปลักษณะการกระจายของระบบรากพืช จากภาพสามมิติ

2) ความสามารถในการต้านทานแรงดึงของชิ้นส่วนราก

3) แรงถอนดึงรากของต้นไม้ และ

4) การรับแรงเฉือนของรากร่วมกับดิน

ผลการศึกษานี้ นำไปประเมินความสามารถของรากพืชไม้ป่าในการเสริมแรงในดิน ซึ่งเป็นปัจจัยที่สำคัญตัวหนึ่งในการคำนวณค่าอัตราส่วนปลอดภัย (Factor of Safety) สำหรับการวิเคราะห์เสถียรภาพของพื้นที่ลาด (slope stability analysis) ผู้ที่สนใจ ควรมีความรู้พื้นฐานในเรื่อง วิศวกรรมปฐพีในการป่าไม้ ฟิสิกส์ของดิน อุทกวิทยาดิน ธรณีวิทยาและสภาพภูมิประเทศ ระบบลุ่มน้ำ นิเวศวิทยาป่าไม้ วิศวกรรมควบคุมการพังทะลายของดิน การวิเคราะห์เสถียรภาพของลาด การสำรวจรังวัดภูมิประเทศและระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์

บทความโดย ผศ.ดร.พยัตติพล ณรงคะชวนะ