เทคโนโลยีไมโครไบโอมเพื่อการเพิ่มผลผลิตพืชผักปลอดภัยจากสารพิษโดยการใช้ประโยชน์จากจุลินทรีย์เชิงองค์รวม จังหวัดราชบุรี : ผักขึ้นฉ่าย กรณีศึกษา

พืชผักจัดเป็นสินค้าทางการเกษตรที่มีความสำคัญต่อเศรษฐกิจชนิดหนึ่ง ประเทศไทยเป็นแหล่งปลูกผักที่มีความหลากหลาย แต่อย่างไรก็ตามการผลิตพืชผักในประเทศยังพบปัญหาสารพิษทางการเกษตรตกค้าง จากรายงานของเครือข่ายเตือนภัยสารเคมีกำจัดศัตรูพืช (Thai-PAH) ที่เก็บตัวอย่างผักเพื่อสุ่มตรวจหาสารเคมีทางการเกษตรตกค้าง ประจำปี 2563 พบว่าผักที่ปลูกบนดิน เช่น มะเขือเทศผลเล็ก คะน้า ขึ้นฉ่าย พริกแดง และ พริกขี้หนู มีปริมาณสารพิษตกค้าง เกินปริมาณสารพิษตกค้างสูงสุด (MRL) 100 เปอร์เซ็นต์ของตัวอย่าง

จังหวัดราชบุรี มีแผนพัฒนาระบบเกษตรปลอดภัยที่เป็นมิตรกับสุขภาพ และสิ่งแวดล้อมเพื่อส่งเสริมการเกษตรในจังหวัดราชบุรี และมีแนวทางการพัฒนาคุณภาพและมาตรฐานการผลิตอาหารและสินค้าเกษตรที่มีคุณภาพ ปลอดภัย ได้มาตรฐานโลก เพื่อสนับสนุนการเป็นศูนย์กลางการผลิตอาหารของประเทศ โดยมุ่งเน้นการพัฒนาจังหวัด ให้เป็นแหล่งผลิตข้าว พืชผัก ไม้ดอก มะพร้าวน้ำหอมของประเทศ จากการรวบรวมข้อมูลเพื่อจัดทำแผนพัฒนาเกษตรกรรมจังหวัดราชบุรี (พ.ศ.2565-2569) พบว่าปัญหาเรื่องการปรับปรุงดินให้เหมาะสมต่อการทำการเกษตร เป็นปัญหาสำคัญอย่างหนึ่งของภาคเกษตรในจังหวัดราชบุรี (ที่มา: แผนพัฒนาเกษตรกรรมระดับจังหวัดราชบุรี พ.ศ. 2565-2569: สภาเกษตรกรจังหวัดราชบุรี สานักงานสภาเกษตรกรจังหวัดราชบุรี) และจากการรวบรวมปัญหาในการผลิตพืชผัก ณ. ตำบลด่านทับตะโก อำเภอจอมบึง จังหวัดราชบุรี จากสำนักงานเกษตรอำเภอจอมบึง จังหวัดราชบุรี พบว่าในพื้นที่ปลูกพืชผักมีการใช้สารเคมีกำจัดศัตรูพืชในปริมาณมาก ทำให้มีสารพิษตกค้างในผลผลิต สิ่งแวดล้อม และแหล่งน้ำธรรมชาติเพิ่มขึ้น ศัตรูพืช เช่น โรคพืชและแมลงศัตรูพืช มีความต้านทานต่อสารเคมีกำจัดศัตรูพืช ทำให้ต้องเพิ่มปริมาณการใช้สารเคมีกำจัดศัตรูพืชเพิ่มมากขึ้นในแต่ละปี และพบว่าเชื้อราที่เป็นสาเหตุของโรคพืชในผักที่มีมูลค่าทางเศรษฐกิจ เช่น ผักชี ขึ้นฉ่าย หอมแบ่ง และพริก เป็นเชื้อราก่อโรคที่สามารถตกค้างในดิน ทำให้การป้องกันหรือกำจัดให้พืชผักปลอดจากโรคพืชได้ยาก และการใช้สารชีวภัณฑ์ป้องกันกำจัดศัตรูพืช ที่มีการส่งเสริมให้เกษตรกรได้ใช้ในพื้นที่ ยังมีปัญหาในเรื่องการผลิตและขยายปริมาณค่อนข้างยุ่งยาก ใช้เวลานาน ไม่ทันต่อสถานการณ์การระบาดของศัตรูพืช และการใช้ปุ๋ยชีวภาพในปัจจุบันค่อนข้างเป็นแบบเหวี่ยงแห ที่ใช้ได้ผลดีบางพื้นที่ แต่ใช้ไม่ได้ผลในบางพื้นที่ รวมถึงการใช้ปุ๋ยเคมีและสารเคมีในการปลูกพืชประเภทผักอย่างต่อเนื่องในพื้นที่ ทำให้การปลูกพืชผักที่มีอายุในการเก็บเกี่ยวสั้น ใช้ปุ๋ยเยอะกว่าพืชชนิดอื่นๆ ทำให้ต้นทุนในการผลิตค่อนข้างสูง  (ที่มา: ปัญหาในการทำเกษตรกรรม (พืชผัก) ตำบลด่านทับตะโก: สำนักงานเกษตรอำเภอจอมบึง จังหวัดราชบุรี)

การใช้ปุ๋ยเคมีที่มีธาตุอาหารพืชสูงช่วยให้พืชเจริญเติบโตได้อย่างรวดเร็ว แต่เป็นการเพิ่มต้นทุนของเกษตรกร และมีผลเสียที่เกี่ยวข้องกับการเสื่อมสภาพของดินสะสม การสูญเสียความหลากหลายทางชีวภาพของจุลินทรีย์ดิน และก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม เช่น การปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เพิ่มมากขึ้น และการปนเปื้อนของสารไนเตรทในแหล่งน้ำ ซึ่งผลกระทบเหล่านี้มีความรุนแรงเพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง (Sun et al., 2015) และการใช้ปุ๋ยเคมี เมื่อใส่ลงไปในดิน ไม่ใช่ทั้งหมดที่พืชสามารถดูดซึมนำไปใช้ในการเจริญเติบโตได้ เช่น ปุ๋ยฟอสฟอรัส ร้อยละ 70 ถึงร้อยละ 90 ที่ใส่ให้กับพืชสามารถจับตัวกับธาตุที่มีประจุบวกในดิน เช่น เหล็ก (Fe) แคลเซียม (Ca) และอะลูมิเนียม (Al) เปลี่ยนเป็นรูปที่พืชไม่สามารถดูดซึมไปใช้ได้ (Ahemad และ Kibret 2014) การใส่ปุ๋ยไนโตรเจนเป็นระยะเวลานาน ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงจุลินทรีย์โดยการเพิ่มกลุ่มจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนรูปแบบของไนไตรเจนด้วยกระบวนการ denitrification, urea hydrolysis และ ammonia volatilization ที่ก่อให้เกิดการสูญเสียธาตุไนโตรเจน แต่จะลดปริมาณจุลินทรีย์ที่มีประโยชน์ เช่น จุลินทรีย์ที่มีความสามารถในการตรึงไนโตรเจน (Sun et al., 2021) ดังนั้นการใช้ปุ๋ยเคมีและสารเคมีปราบศัตรูพืชต่อเนื่องในระยะยาวจึงส่งผลเสียต่อคุณสมบัติของดิน เช่น มีการสะสมของสารพิษในดิน ส่งผลต่อความสมดุลของจุลินทรีย์ในดินเป็นแหล่งสะสมของเชื้อก่อโรคพืช ที่ส่งผลให้เกิดการสูญเสียทั้งในด้านคุณภาพและปริมาณของผลผลิตทางการเกษตร ซึ่งผลกระทบจากการใช้สารเคมีในการทำการเกษตรกรรมอย่างต่อเนื่องดังที่กล่าวมาข้างต้น ส่งผลให้ดินเสื่อมโทรมขาดความอุดมสมบูรณ์ ไม่สามารถปลูกพืชให้เจริญเติบโตดีได้

ความอุดมสมบูรณ์ของดิน (soil fertility) หมายถึงความสามารถของดินในการให้ธาตุอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืช คือให้ธาตุอาหารในรูปแบบที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ ช่วยให้พืชมีการเจริญเติบโตและให้ผลผลิตที่ดี ซึ่งเป็นตัวชี้วัดถึงผลิตภาพดิน (soil productivity) (รัตนชาติ และ บุศรินทร์) ความอุดมสมบูรณ์ของดินจึงมีความสำคัญต่อระบบนิเวศทางการเกษตร เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการเพิ่มผลผลิตทางการเกษตร และก่อให้เกิดการใช้ประโยชน์จากที่ดินอย่างยั่งยืน ดังนั้นการจัดการดินที่ดีมีผลอย่างมากต่อการทำเกษตรกรรมที่ยั่งยืน คุณภาพของดินสามารถบ่งชี้ด้วยลักษณะทางกายภาพ ทางเคมี และทางชีววิทยาของดิน แต่ที่ผ่านมาการประเมินคุณภาพของดินส่วนใหญ่จะวิเคราะห์จากลักษณะทางกายภาพและทางเคมีดิน แต่ในปัจจุบันมีการศึกษาระบบชีวนิเวศของดินและพืช (microbiome)  มากขึ้นทำให้เข้าใจได้อย่างชัดเจนถึงปัจจัยทางชีวภาพที่มีความสำคัญอย่างยิ่งกับคุณภาพของดิน ตัวอย่างเช่น ชนิดและจำนวนของจุลินทรีย์ดิน กิจกรรมของเอนไซม์ในดิน ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการได้รับธาตุอาหารของพืช การเพิ่มความต้านทานของพืชต่อการเกิดโรค และการทนสภาวะเครียดของพืช ซึ่งมีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช และจำนวนผลผลิต (Sessitsch และคณะ 2019; Berg และคณะ 2016; Haney และคณะ 2015) และการสูญเสียธาตุอาหารพืช ที่เกี่ยวข้องกับต้นทุนการผลิตของเกษตรกร และการเกิดมลพิษต่อสภาพแวดล้อม เช่น การปนเปื้อนของสารเคมีทางการเกษตรลงแหล่งน้ำ และการปล่อยก๊าซไนตรัสออกไซด์จากกิจกรรมของจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ denitrification เป็นต้น (Singh et al., 2022; Suzuki et al., 2005) ดังนั้นการศึกษาแนวทางการจัดการความอดุมสมบูรณ์ของดินผ่านทางคุณสมบัติทางเคมีของดินร่วมกับจุลินทรีย์ในระบบชีวนิเวศของดินที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการปลดปล่อยธาตุอาหารพืชในดิน เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตและให้ผลผลิตของพืชอย่างหมาะสมกับชนิดพืชและพื้นที่ เช่น การตรึงไนโตรเจน การละลายฟอสฟอรัส โพแทสเซียม ให้พืชสามารถนำธาตุอาหารไปใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จะช่วยให้เราสามารถส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชได้ แบบลดการใช้สารเคมี ช่วยลดต้นทุนการผลิตของเกษตรกร และสามารถลดการสร้างมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมจากพื้นที่เกษตรกรรมได้ และจะนำไปสู่แผนการจัดการและอนุรักษ์ดินในแต่ละพื้นที่ให้เหมาะสม ก่อให้เกิดการผลิตอาหารที่มีความปลอดภัยแบบยั่งยืนได้

          ดังนั้นโครงการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อการพัฒนาการจัดการดินให้มีความอุดมสมบูรณ์ มีศักยภาพในการผลิตพืชผักมากขึ้น นำมาสู่การลดการใช้ปุ๋ยเคมี และสารเคมีปราบศัตรูพืช ที่ช่วยลดต้นทุนการผลิตของเกษตรกร โดยจะพัฒนากระบวนการเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดินในแปลงปลูกพืชผัก ในพื้นที่ตำบลด่านทับตะโก อำเภอจอมบึง จังหวัดราชบุรี ด้วยการใช้เทคโนโลยีไมโครไบโอม ร่วมกับการพัฒนาการเพาะเลี้ยงกลุ่มจุลินทรีย์สังเคราะห์ มาศึกษาจุลินทรีย์ในระบบชีวนิเวศของดิน (microbiome) ในแปลงปลูกพืชผัก ที่ทำให้ทราบถึงบทบาทของจุลินทรีย์ในดินที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเปลี่ยนแปลงธาตุอาหารที่เป็นประโยชน์ต่อการปลูกพืชผัก เช่น การตรึงไนโตรเจน การละลายฟอสฟอรัส การละลายโพแทสเซียม  รวมถึงกระบวนการที่ทำให้สูญเสียไนโตรเจนในดิน เช่น denitrification, urea hydrolysis และ ammonia volatilization และการสะสมของเชื้อก่อโรคพืชในดิน ด้วยเทคนิค metagenomic sequencing ร่วมกับการวิเคราะห์คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของดิน เช่น การมีอยู่ของธาตุอาหารพืชในดินทั้งในรูปแบบที่พืชนำไปใช้ประโยชน์ได้ และในรูปแบบที่พืชไม่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ เพื่อนำข้อมูลที่ได้มาใช้ประกอบการสังเคราะห์กลุ่มจุลินทรีย์ที่เหมาะสม ต่อพื้นที่และชนิดพืชผัก เพื่อมาใช้ในการเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดิน และเลือกใช้ชนิดปุ๋ยที่เหมาะสมต่อไป และคาดว่าผลที่ได้จะดีกว่าการใช้ปุ๋ยเคมีตามคำแนะนำของกรมวิชาการเกษตรเพียงอย่างเดียว โดยในงานวิจัยนี้จะใช้ขึ้นฉ่ายเป็นผักต้นแบบ เนื่องจากขึ้นฉ่ายเป็นผักอายุสั้น ที่มีอายุเก็บเกี่ยวประมาณ 45-60 วัน และเป็นผักที่มีราคาดี แต่เป็นผักที่ประสบปัญหาเรื่องผลผลิตเสียหายจากโรคพืชที่มีสาเหตุจากเชี้อราเป็นอย่างมาก และเชื้อราที่เป็นสาเหตุของโรคในขึ้นฉ่าย เช่น Fusarium oxysporum สามารถอาศัยอยู่ในพื้นที่แปลงปลูก ทำให้ไม่สามาถปลูกขึ้นฉ่ายให้ได้ผลผลิตที่ดีได้ในการปลูกซ้ำพื้นที่เดิม ดังนั้นเกษตรกรต้องใช้ปุ๋ยเคมี และยากำจัดศัตรูพืชในปริมาณมากส่งผลให้มีต้นทุนในการผลิตสูง และขึ้นฉ่ายเป็นผักชนิดหนึ่งที่ตรวจพบว่ามีปริมาณสารพิษตกค้างเกินค่า MRL 100 เปอร์เซ็นต์ของตัวอย่าง ผลที่ได้จากงานวิจัยนี้คาดว่าจะสามารถนำไปสู่การพัฒนารูปแบบการเพิ่มผลผลิตพืชผักปลอดภัยจากสารพิษจากการปรับปรุงจุลินทรีย์ในระบบชีวนิเวศของดิน ที่ส่งเสริมประสิทธิภาพการนำธาตุอาหารพืชในดินไปใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดการสะสมของเชื้อก่อโรคในดิน และลดการใช้ปุ๋ยเคมีหรือสารเคมีปราบศัตรูพืชได้ไม่ต่ำกว่าร้อยละ 25 ที่จะนำไปสู่แนวทางการฟื้นฟูดินในแปลงเกษตรกรรมให้มีความอุดมสมบูรณ์เพื่อการทำการเกษตรปลอดภัยอย่างยั่งยืนได้