การใช้ปุ๋ยน้ำสกัดในการลดภวาะเครียดจากการขาดน้ำในการปลูกข้าวช่วงการสร้างผลผลิต

ข้าวเป็นพืชอาหารหลักที่สําคัญของประเทศไทยทั้งเพื่อการบริโภคและส่งออก การปลูกข้าวมีความต้องการใช้น้ำสูง อย่างไรก็ตามในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมาการขาดแคลนน้ําได้กลายเป็นหนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดสําหรับการผลิตข้าวอย่างยั่งยืน ปัญหาความแห้งแล้งจากการเปลี่ยนแปลงสภาวะภูมิอากาศของโลกส่งผลกระทบต่อการปลูกข้าวซึ่งเป็นพืชที่มีความต้องการใช้น้ำสูงในประเทศต่างๆทั่วโลก ประเทศไทยเองมีแนวโน้มที่จะได้รับผลกระทบรุนแรงจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่ส่งผลกระทบให้เกิดภัยแล้ง Office of Agricultural Economics, 2017 รายงานว่า ในช่วงปี 2558/2559 พบว่า พื้นที่เพาะปลูกข้าวในประเทศไทยลดลงร้อยละ 4.49 และผลผลิตลดลงร้อยละ 7.46 ต่อปี เนื่องจากช่วงต้นฤดูกาลเพาะปลูก ปริมาณน้ำฝนน้อย การกระจายของฝนไม่สม่ำเสมอ โดยปริมาณฝนรวมต่ำกว่าค่าปกติ จากการทํานายการผลิตข้าวในอนาคตโดยคํานึงถึงการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในแต่ละพื้นที่ในประเทศไทย?ช่วงปี พ.ศ. 2573-2633 พบว่า ผลผลิตข้าวเฉลี่ยของไทยมีแนวโน้มลดลงร้อยละ 5-33 และความแปรปรวนเพิ่มขึ้นร้อยละ 3-15 (นิโรจน์, 2560)

ความเครียดจากการขาดน้ำ นับได้ว่าเป็นปัจจัยหลักที่สำคัญประการหนึ่งในการจํากัดการผลิตข้าวทั่วโลกเนื่องจากข้าวมีความอ่อนไหวต่อความเครียดจากการขาดน้ำมากกว่าธัญพืชอื่น ๆ (Norton et al., 2017; Haefele et al., 2016; Kato et al., 2004) ดังนั้นจึงจําเป็นต้องเพิ่มผลผลิตข้าวภายใต้สถานการณ์น้ำที่จํากัด เพื่อบรรเทาความไม่มั่นคงและความยากจนด้านอาหาร ภาวะเครียดจากการขาดน้ำส่งผลกระทบต่อการผลิตข้าวในสามช่วงของการเพาะปลูกข้าว (Chang et al., 1979; Fukai and Cooper 1995) ได้แก่ ช่วง Early stress หรือ vegetative stress, Mild stress เป็นความเครียดจากการขาดน้ำเป็นระยะ ๆที่ไม่รุนแรงแต่มีผลสะสมให้เกิดผลกระทบที่รุนแรง โดยทั่วไปข้าวในช่วงการแตกกอ ถึงช่วงออกดอก (ช่วงปลาย vegetative stage ต่อเนื่องไปถึงช่วงปลาย Reproductive stage)  และความเครียดจากการขาดน้ำในช่วงกลางของการแตกกอ ช่วงออกช่อดอก และช่วงออกดอก นับว่าเป็นช่วงที่อ่อนไหวที่สุดต่อภาวะเครียดจากการขาดน้ำ [Kamoshita  et al., 2008; Farooq et al., 2009; Palanog et al., 2014] หากปริมาณน้ำที่ขาดน้อยกว่าความต้องการน้ำของข้าวเพียงเล็กน้อย ข้าวจะไม่แสดงอาการใบเหี่ยวแห้งหรือการม้วนของใบให้สังเกตเห็น แต่หากปริมาณน้ำที่ขาดน้อยกว่าความต้องการน้ำของข้าวในปริมาณมาก จนทำให้เกิดภาวะเครียด การเจริญเติบโตของข้าวจะลดลง ทำให้ผลผลิตข้าวลดลง เนื่องจากพื้นที่ใบลดลงและการปิดปากใบ (Boonjung, 1993) และ late stress ความเครียดตอนปลาย ซึ่งเป็นปัญหาที่พบบ่อยเมื่อใช้พันธุ์ข้าวที่โตช้าและการเจริญเติบโตในช่วงระยะเวลาการออกรวงของข้าวที่ได้รับผลกระทบจากความแห้งแล้งในช่วงต้นฤดูแล้ง

ความเครียดจากการขาดน้ำทําให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสรีรวิทยาและชีวเคมีต่างๆในข้าว  ในระยะพัฒนาการที่แตกต่างกัน (Tripathy et al., 2000) งานวิจัยที่ผ่านมาพบว่าข้าวมีการตอบสนองต่อความเครียดของการขาดน้ำโดยมีการเปลี่ยนแปลงทั้งทางด้านสรีระวิทยา และกระบวนการทางชีวเคมี (Chaves et al., 2009) ในสภาวะความเครียดจากการขาดน้ำของข้าวจะลดการเจริญเติบโต โดยการลดการแบ่งเซลล์และการยืดตัวของเซลล์ที่เกิดจากการสูญเสียแรงดัน turgor (Lawlor and Cornic, 2002) ความเครียดจากการขาดน้ำทำให้ข้าวมีภาวะเครียดออกซิเดชั่น (oxidative stress) เพิ่มขึ้น เนื่องจากการปิดปากใบ (Lei et al., 2006), การสูญเสียน้ำหนัก (Sikuku et al., 2010) การผลิตสารประกอบออกซิเจนที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยา (reactive oxygen species; ROS) (Sikuku et al., 2010; Asada, 1999) และการรั่วไหลของสารอิเล็กโทรไลต์ในรากและใบเพิ่มขึ้น (Dasgupta et al., 2015) ทั้งนี้ ROS ที่ผลิตออกมาจะไปทําลายไขมัน โปรตีน เอนไซม์และกรดนิวคลีอิก (Ozhur et al., 2009) ระดับของความเสียหายของเซลล์ขึ้นอยู่กับความสมดุลระหว่างปริมาณของ ROS ที่ผลิตขึ้น และการกําจัดโดยสารต้านอนุมูลอิสระและเอนไซม์ (เช่น SOD, CAT, ascorbate peroxidase (APX), Guaiacol peroxidase (GPOX) เป็นต้น) และสารกลุ่มที่ไม่ใช่เอนไซม์ (เช่น ASA, GSH, Phenolic compounds, alkaloids, non-protein amino acids เป็นต้น) (Asada, 1999) ผลการศึกษาที่ผ่านมาดังกล่าวยืนยันว่าสารต้านอนุมูลอิสระความเครียด (antioxidant stress metabolites)  มีส่วนสำคัญในการบรรเทาผลกระทบของสภาวะความเครียดจากการขาดน้ำในข้าว.

ในงานวิจัยที่ผ่านมารายงานว่าสารประกอบฟีนอลิกมีบทบาทสําคัญในการกําจัดอนุมูลอิสระและปกป้องพืชจากความเสียหายที่เกิดขึ้นจากการเพิ่มขึ้นของสารประกอบออกซิเจนที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยา (ROS) เนื่องจากความเครียดจากภัยแล้ง (Petridis et al., 2012) กรดซาลิไซลิก (SA) เป็นหนึ่งในกลุ่มสารประกอบฟีนอลิกที่สังเคราะห์โดยพืชแต่พบในปริมาณน้อย (Saidi et al., 2017) SA มีบทบาทสําคัญในการควบคุมการเติบโต การพัฒนาและการตอบสนองต่อการการป้องกันต่างๆของพืช นอกจากนี้ SA ยังมีบทบาทช่วยเพิ่มความทนทานต่อความแห้งแล้งในพืชหลายชนิด รวมทั้งข้าว Kordi et al., 2013; Baghizadeh and Hajmohammadrezaei,  2011; Wisedsri, 2012;Fayez and Bazaid, 2014) การใช้SA ในการลดภาวะเครียดจากการขาดน้ำ นอกจาก SA แล้ว Catechin จัดได้ว่าเป็นสารประกอบฟีนอลิกชนิดหนึ่งที่มีประโยชน์กับพืช ที่นอกจากช่วยสนับสนุนด้านการเจริญเติบโตของพืชแล้ว ยังมีบทบาทสำคัญในการลดความเครียดของพืชที่เกิดจากความร้อน (Heat stress), ความหนาวเย็น (Chilling stress), ความเค็ม (Salinity stress), ความแห้งแล้ง (Drought stress) และ โอโซน (O₃) เป็นต้น ภายใต้สภาวะเครียด พบว่า Catechin ช่วยให้ผลผลิตข้าวเพิ่มขึ้น ปริมาณ MDA content ที่บ่งชี้ว่าพืชมีสภาวะเครียดลดลง และกิจกรรมของเอนไซม์ APX (peroxidase)และ catalase (CAT) ที่บ่งชี้ประสิทธิภาพในการลดสภาวะเครียดนั้นมีค่าสูงขึ้น (Kittipornkul et al. ,2020))

ปุ๋ยน้ำสกัด (compost tea) หรือ น้ำสกัดจากปุ๋ยหมักอินทรีย์ ได้จากการนำปุ๋ยหมักมาหมักกับน้ำตาลหรือการเติมสารอาหารบางตัว ภายใต้การบ่มในสภาวะที่มีอากาศหรือไม่มีอากาศ ปุ๋ยน้ำสกัดที่ได้ประกอบด้วยจุลินทรีย์ที่เป็นประโยชน์ สารอาหารต่างๆ กรดอินทรีย์ ฮอร์โมนพืช (Ingham, 2002; Scheuerell, 2003; Scheuerell and Mahaffee, 2002) และสารยับยั้งจุลินทรีย์ก่อโรคในพืช (Henis et al., 1984; Diver, 2002; Donon et al., 2007)  ในปัจจุบันมีการประยุกต์ใช้ปุ๋ยน้ำสกัดในทางการเกษตรในประเทศทางทวีปยุโรปและอเมริกาอย่างแพร่หลาย เพื่อใช้เป็นสารยับยั้งหรือสารต่อต้านจุลินทรีย์ก่อโรคในพืชทดแทนการใช้สารเคมี หรือ สารฆ่าแมลง หรือใช้ทดแทนปุ๋ยเคมีได้ ที่ผ่านมามีการศึกษาการประยุกต์ใช้ปุ๋ยน้ำสกัดในการปลูกข้าวโดยนักวิจัยหลายท่าน  พบว่า ปุ๋ยน้ำสกัดสามารถช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตและผลผลิตของข้าวได้ (Atia, 2013; (Romero, 2014) อย่างไรก็ตามในรายงานที่ผ่านมามีแต่การศึกษาใช้ปุ๋ยน้ำสกัดจากปุ๋ยหมักประเภทต่างๆในการป้องกันโรคพืช หรือเสริมการเจริญเติบโต แต่ไม่มีการศึกษาเกี่ยวกับการใช้ปุ๋ยน้ำสกัดในการลดความเครียดต่างๆรวมทั้งความเครียดจากการขาดน้ำในพืช เมื่อพิจารณาถึงองค์ประกอบต่างในปุ๋ยน้ำสกัดจากปุ๋ยหมักประเภทต่างๆ ส่วนใหญ่ประกอบด้วย จุลินทรีย์ที่มีประโยชน์ กรดอินทรีย์  Phenolic compounds ฮอร์โมนพืช (Scheuerell, 2003; Scheuerell and Mahaffee, 2002, 2004; Siddiqui et al., 2009; Grobe, 2003; Kelley, 2004) ทั้งนี้ ปริมาณและองค์ประกอบอาจมีความผันแปรขึ้นกับชนิดของวัตถุดิบในการหมัก การให้อากาศ

    ขุยมะพร้าวซึ่งเป็นวัสดุเหลือทิ้งจากกระบวนการตีเส้นใยเปลือกมะพร้าว ประกอบด้วยสารประกอบฟีนอลิกชนิดต่างๆ เช่น Gallic acid, 4-Hydroxybensoic acid หรือ Salicylic acid, Catechin, Vanillic acid, Kaempferol, Epicatechin, Vanillin, Ferulic acid, Rutin และ Syringic acid เป็นต้น (Valadez-Carmona et al., 2016) จากคุณสมบัติของสารประกอบฟีนอลลิก โดยเฉพาะ Catechin และ Salicylic acid ที่มีหลายรายงานวิจัยที่พบว่ามีบทบาทต่อพืช ไม่ว่าจะเป็นในแง่ของประสิทธิภาพการยับยั้งเชื้อก่อโรค ในแง่ของการใช้เพื่อสนับสนุนการเจริญเติบโต ตลอดจนลดความเครียดต่างๆรวมทั้งความเครียดจากการขาดน้ำได้ การศึกษานี้จึงสนใจใช้ขุยมะพร้าวเป็นวัตถุดิบหลักในการการผลิตปุ๋ยน้ำสกัดจากปุ๋ยหมักขุยมะพร้าว และประยุกต์ใช้ปุ๋ยน้ำสกัดในการปลูกข้าวภายใต้สภาวะความเครียดจากการขาดน้ำในช่วง reproductive stage เพื่อการลดความเครียดจากการขาดน้ำของข้าว โดยมีสมมุติฐานว่า องค์ประกอบของปุ๋ยน้ำสกัด บางประการ เช่น สารประกอบฟีนอลลิก สารทุติยภูมิที่เกิดขึ้นในกระบวนการหมัก จะช่วยบรรเทาความเครียดจากการขาดน้ำของข้าว โดยไปลดภาวะเครียดออกซิเดชั่น (oxidative stress) โดยไปลดการปิดปากใบ (Lei et al., 2006), การ ผลิตสารประกอบออกซิเจนที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยา (reactive oxygen species; ROS) เช่น MDA content, H₂O₂  และการเพิ่มขึ้นของสารต้านอนุมูลอิสระและเอนไซม์ (เช่น catalase(CAT), ascorbate peroxidase (APX), Guaiacol peroxidase (GPOX)) และสารกลุ่มที่ไม่ใช่เอนไซม์ (เช่น Phenolic compounds) ผลการศึกษาที่ได้นอกจากจะเป็นแนวทางในการปรับปรุงกระบวนการผลิตข้าวนาปีภายใต้สภาวะการขาดน้ำแล้ว ยังช่วยลดการปุ๋ยเคมีและสารเคมีในการเพาะปลูกข้าวแล้ว อันจะนำมาสู่การลดปัญหาความเสื่อมโทรมของสิ่งแวดล้อมด้วย