ต้นไม้สายฝน

จากการมองภาพองค์รวมเรื่องวงจรของน้ำ และฝนที่ตกในพื้นที่ต่างๆ เราขยับมาให้ใกล้เข้าไปอีกนิดนึง  เรามาดูว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อน้ำฝนตกลงมาในพื้นที่ตามธรรมชาติที่มีต้นไม้ (ข้อมูลมาจากหนังสือเพอร์มาคัลเชอร์ของปู่บิล)

ในแต่ละปีมีฝนตก  และน้ำที่มีน้ำหนักหลายตันอาจกระทบพื้นภายในเวลา 1 ชั่วโมง  ในพื้นที่ที่เปิดโล่ง หรือไร่ที่ปลูกพืชครอบคลุมไม่ทั่ว (เช่นไร่สับปะรดแซมต้นยางพารา) แรงกระแทกจะทำให้ดินแน่นขึ้น (ทำให้ยากต่อการดูดซึม และมี run off มาก) และดินบริเวณผิวดินก็จะถูกกัดเซาะด้วยน้ำ แรงกระแทกของน้ำฝนในแต่ละปีอาจจะกัดเซาะหน้าดินได้ประมาณ 12 ตันต่อไร่ หรืออาจจะสูงถึง 160 ตันต่อไร่ในที่ที่มีฝนตกหนักมากๆ อย่างตราด หรือ ระนอง   เมื่อมีการพัฒนาที่ดินใหม่ด้วยการไถรุกล้ำเข้าไปในพื้นที่ป่า  จะมี Run off มากขึ้น  น้ำในเขื่อนจะเต็มเร็วมากขึ้นทำให้ผู้คนสบายใจว่าฝนไม่แล้ง เพราะเราสามารถจัดเก็บน้ำได้ในปริมาณมาก แต่สิ่งเหล่านี้จะไม่ยั่งยืน  ตะกอนจะค่อยๆ ไหลตาม Run off มาสะสมในเขื่อน  แม่น้ำลำธารจะตื้นเขินขึ้น  ในที่สุดการเคียร์พื่นที่ป่าก็จะก่อให้เกิดปัญหาเรื่องความแห้งแล้ง และน้ำท่วม

แต่เมื่อฝนตกในป่า กระบวนที่ซับซ้อนเริ่มต้นขึ้น เม็ดฝนที่ตกลงมาจะไม่สามารถกระแทกดินได้ แต่กลับพุ่มของต้นไม้กลับดูดซับแรงกระแทก และทำให้เม็ดฝนกลายเป็นละอองฝนเบาบางที่จะไม่กัดเซาะดินอย่างรุนแรง  แต่ก็ยังไม่อาจหยุดการกัดเซาะของน้ำฝนได้  อย่างไรก็ตามปริมาณดินที่ถูกพัดพาจากป่าไปตามสายน้ำก็จะยังน้อยกว่าปริมาณ ดินที่ถูกสร้างขึ้นมาใหม่จากต้นไม้ในป่า

ถ้าฝนตกน้อยมากละอองฝนจะกลายเป็นฟิลม์บางๆ ของน้ำปกคลุมใบไม้ กิ่งไม้ และลำต้นของต้นไม้ และน้ำจะถูกดักเก็บไว้ที่ส่วนต่างๆ ของต้นไม้คุณสมบัติของแรงดึงผิว  เซลของต้นไม้จะดึงน้ำไปใช้งาน และส่วนที่เหลือจะค่อยๆ ระเหยกลายเป็นไอน้ำคืนสู่อากาศ  ปริมาณน้ำฝนที่จะถูกจัดเก็บไว้ในชั้นเรือนยอดของต้นไม้จะขึ้นอยู่กับ

• ความหนาของพุ่มไม้
• ความหนาแน่นของต้นไม้
• ฤดูกาล
• ปริมาณฝนที่ตก
• อัตราการระเหยของน้ำหลังฝนตก

ต้นไม้ทรงโปร่งในป่าผลัดใบจะสามารถเก็บน้ำฝนในทรงพุ่มได้น้อยกว่า ต้นไม้ที่มีใบหนาแน่นในป่าดิบชื้น แต่โดยเฉลี่ยปริมาณน้ำฝนที่ถูกจัดเก็บในทรงพุ่มจะคิดเป็น 10-15% ของปริมาณฝนที่ตก  เพื่อนๆ อาจจะเคยสังเกตปรากฎการณ์นี้ในวันฝนตกน้อย (เช่น น้อยกว่า 10 มิลลิเมตร) ดินใต้ต้นไม้ที่มีใบหนาทึบจะแห้งสนิท  ทั้งๆ ที่ดินบนสนามหญ้าเปียกชื้น

ถ้าฝนตกหนักพอน้ำฝนก็จะสามารถไหลผ่านชั้นเรือนยอดลงมาที่ใต้ต้นไม้ได้  น้ำฝนที่ไหลผ่านเรือนยอดลงมาเราเรียกศัพท์เทคนิคว่า Throughfall โดยปริมาณของ Throughfall จะคิดเป็นประมาณ 85% ของปริมาณฝน มีนักวิทยาศาสตร์ทำการศึกษาและพบว่า Throughfall ไม่ใช่แค่น้ำฝนอีกต่อไป  Throughfall ได้ละลายเอาโปแตสเซียม ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส แคลเซียม แมกนีเซียม โซเดียม และคลอรีนจากชั้นเรือนยอดลงมาที่ดิน (ดูตารางข้างล่าง)  และยังมีเซลของต้นไม้ปะปนลงมาเป็นปุ๋ยในดิน (เพื่อนๆ หลายคนคงเคยสังเกตุแล้วว่าน้ำฝนจะทำให้ต้นไม้งอกงามมากกว่าปกติ)

หมายเหตุ นักวิทยาศาสาตร์เชื่อว่าแร่ธาตุที่ปะปนมากับ Throughfall มาจากการย่อยสลายของส่วนต่างๆ ของพืชในเรือนยอด การย่อยสลายของพืชอื่นที่อยู่ร่วมกับต้นไม้บนเรือนยอด (เช่น กล้วยไม้ เฟิร์น มอส) การย่อยสลายของซากแมลง มูลของสัตว์ และผงฝุ่นที่ถูกพัดพามาโดยลมและมาติดค้างในเรือนยอด



นอกเหนือจาก Throughfall จะพัดพาแร่ธาตุจากด้านบนเรือนยอดลงมาสู่ด้านล่างแล้ว Throughfall ยังถูกต้นไม้ปรับทิศทางการไหลของน้ำฝนที่ตกลงมาอย่างกระจัดกระจาย ให้มีรูปแบบมากขึ้น และไหลไปยังจุดที่พืชจะใช้น้ำได้มีประสิทธิภาพมากที่สุด  เช่น พืชตระกูลปาล์มจะควบคุมให้น้ำไหลไปยังโคนใบ และมีต้นไม้มีหลายชนิดที่มีที่เก็บน้ำในอากาศบนต้นไม้ก็จะมีรูปทรงที่จะนำพาน้ำฝนให้ไหลไปรวมที่จุดที่ต้องการน้ำมากที่สุด  ในต้นไม้ทั่วน้ำฝนจะไหลไปตรงปลายพุ่มของต้นไม้ซึ่งเป็นบริเวณที่มีรากของต้นไม้อยู่มากที่สุด  (จึงเป็นที่มาของคำสอนให้ใส่ปุ๋ยที่ปลายพุ่ม  แทนที่จะใส่ที่โคนต้น)  ทำให้น้ำฝนที่ตกลงมาอย่างกระจัดกระจายไหลไปที่ที่ต้นไม้สามารถดูดไปใช้งาน ได้มากที่สุด

เมื่อน้ำฝนไหลลงมาถึงพื้นดินจะถูกดูดซับด้วยใบไม้ที่ร่วงทับถมอยู่ใต้ต้นไม้ ตามมาด้วยชั้นของฮิวมัส ก่อนจะไหลซึมไปด้านล่าง  ถ้าฝนตกหนักมากน้ำจะไหลบ่าเป็น Run off ออกจากโคนต้นไม้อย่างช้าๆ เพราะถูกชั้นของใบไม้ และชะลอการไหลของน้ำไม่ให้กัดเซาะดินออกไป  น้ำที่ไหลออกจากต้นไม้ไปจะลายเอาแร่ธาตุที่เกิดจากการย่อยสลายของใบไม้เหล่านี้  น้ำจะออกสีน้ำตาลอ่อนๆ คล้ายสีของน้ำชา มีความเป็นกรดประมาณ 3.5-4.0  แร่ธาตุเหล่านี้จะไหลไปยังพื้นดินที่ต่ำกว่า  อาจจะไหลไปรวมเป็นธารน้ำไหลออกจากป่า  เป็นเหตุให้การทำเกษตรกรรมเชิงดอยของชาวเชาซึ่งใช้น้ำที่ไหลออกจากป่าจึงสามารถปลูกผักอินทรีย์ได้ผลดีโดยไม่ต้องใส่ปุ๋ยมากนัก



ใต้ชั้นของฮิวมัสจะเป็นรากพืชซึ่งทำหน้าที่เหมือนผ้าดูดซับน้ำด้วยการทำงานรวมกันกับแบคทีเรีย และฟังไจ  โดยปกติน้ำจะแทรกอยู่ในช่องระหว่างเม็ดดินตามปกติได้ในระดับหนึ่ง (เราเรียกน้ำพวกนี้ว่า interstitial water)  แต่บริเวณรากพืชจะมีแบคทีเรียอาศัยอยู่จำนวนมาก  รากพืชจะปลดปล่อยสารที่คล้ายๆ กับน้ำตาลเป็นอาหารให้กับแบคทีเรีย ส่วนแบคทีเรียจะรวมตัวกันเป็นจำนวนมากดึงน้ำให้สามารถเก็บอยู่ใกล้ๆ รากฝอยของพืชในลักษณะคล้ายเจลของน้ำ  ทำให้สามารถเก็บน้ำได้มากกว่าในดินที่ไม่มีรากพืช

ในต้นไม้ทั่วไปจะมีส่วนที่เป็นรากอยู่ประมาณ 40% ของมวลทั้งหมดของต้นไม้  รากสามารถขยายออกไปได้ไกลถึง 3-4 เท่าของขนาดทรงพุ่มของต้นไม้  หากเอารากขน (hair root) ที่อยู่ตรงปลายราก มาวางเรียงกันจะยาวหลายกิโลเมตร  โดยรากขนเหล่านี้จะถักทอเป็นเหมือนพรมอยู่ในดินช่วง 60 ซม. แรกจากผิวดิน (คิดเป็นประมาณ 85% ของราก)  อีกประมาณ 15% ของรากจะอยู่ในชั้นดินที่ลึกมากกว่า 60 ซม. ซึ่งรากของต้นไม้บางชนิดอาจจะแทงรากได้ลึกมากถึง 40 เมตร (ผลการทดลองของ Gasson และ Cutler ใน ค.ศ. 1990 พบว่ามีต้นไม้ที่รากลึกมากกว่า 2 เมตรมีเพียง 5% เท่านั้น)

ส่วนฟังไจ (เชื้อรา และเห็ด) กลุ่มที่อยู่ที่รากพืชเราจะเรียกรวมๆ กันว่า ไมคอร์ไรซา (mycorrhiza) คือเป็นการอยู่ร่วมกันแบบภาวะพึ่งพากัน (mutualism) ระหว่างฟังไจและรากพืช โดยที่พืชได้รับน้ำและธาตุอาหาร เช่น ฟอสฟอรัสและไนโตรเจนจากฟังไจ ในขณะที่ฟังไจได้รับสารอาหารที่จำเป็น เช่น น้ำตาล กรดอะมิโนและวิตามินจากพืชผ่านทางระบบราก เส้นใยของฟังไจหรือไฮฟา (hypha) ที่เจริญอยู่ภายนอกรากและภายในรากจะช่วยเพิ่มพื้นที่ผิวในการดูดซึมธาตุอาหารให้แก่พืช จึงทำให้พืชที่มีฟังไจไมคอร์ไรซา (mycorrhizal fungi) อาศัยอยู่ที่รากมีอัตราการเจริญเติบโตสูงกว่าพืชที่ไม่มีฟังไจไมคอร์ไรซา นอกจากนี้ฟังไจไมคอร์ไรซายังช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตของราที่เป็นสาเหตุของโรคพืช จากการศึกษาพบว่า รากของพืชเกือบทุกชนิดมีฟังไจไมคอร์ไรซาอาศัยอยู่ และมีส่วนช่วยให้พืชรอดชีวิตเมื่อเจริญบนดินที่มีสภาพไม่เหมาะสมได้ เช่น ดินที่มีความเป็นกรดสูง ดินเค็มและดินที่ขาดธาตุอาหาร เป็นต้น (ตัวอย่างของเรื่องนี้ที่ผมชอบคือ เห็ดเผาะกับต้นยางนา  ยังไม่รู้ผลการทดลองจะออกมาเป็นอย่างไร  อาจจะต้องรออีกหลายปี ถ้าไม่ทราบจากผม ก็จะทราบจากของ อ.ตั้มก่อน)

ฟังไจนี่เองเป็นเสมือนกับส่วนต่อขยายของราก  เส้นใยของฟังใจ (hypha) สามารถขยายตัวออกไปได้หลายกิโลเมตร  ทำหน้าที่ดูดแร่ธาตุจากพื้นที่ที่ห่างไกลเกินกว่าที่รากของพืชจะชอนไชไปถึง  เส้นใยของฟังไจยังทำหน้าที่เหมือนปลายประสาทที่ทำให้ต้นไม้สื่อสารกันได้ (เอาไว้จะเล่าเรื่องนี้อีกครั้งถ้าไม่ลืม)

ต่อมารากของพืชจะดึงน้ำขึ้นไปหล่อเลี้ยงต้นไม้ และใช้ในการสังเคราะห์แสง  ในขบวนการสังเคราะห์แสงพืชจะคายน้ำกลับคืนสู่อากาศ แต่ก็จะมีน้ำหล่อเลี้ยงส่วนต่างๆ ของพืชอยู่ตลอดเวลา  หลังจากนี้ให้เพื่อนลองหันกลับไปมองป่าไม้ใหม่ให้เหมือนกับทะเลสาบ เนื่องจากส่วนของต้นไม้ที่เรามองเห็นเหนือพื้นดินทั้งหมดมีน้ำเป็นองค์ประกอบประมาณ 5-20% ของมวลของต้นไม้ที่เราเห็นคือน้ำ ยังไม่นับรวมน้ำมีจำนวนมากที่สามารถเก็บไว้ในดินเพิ่มขึ้นจากการมีต้นไม้

ส่วนน้ำที่ไหลผ่านชั้นของรากของต้นไม้ไปจะไปเก็บในดิน ไม่ได้ไหลลงไปชั้นดินที่ลึกลงไปทั้งหมด  โดยในดินจะมีกลไกการเก็บน้ำหลายแบบคือ:

• Retention Storage เป็นการเก็บน้ำในลักษณะฟิลม์ของน้ำเกาะรอบๆ เม็ดดินด้วยแรงตึงผิวของน้ำ
• Interstitial Storage เป็นน้ำที่ไหลอยู่ในช่องว่างระหว่างเม็ดดิน
• Humus Storage ฮิวมัสที่อยู่ในเนื่อดินจะทำหน้าที่เหมือนฟองน้ำดูดซับน้ำไว้

โดยปกติทุกๆ ความลึกของดิน 30 ซม. จะสามารถเก็บน้ำฝนได้ถึง 25-70 มิลลิเมตร ในรูปของ Retention Storage ในดินที่มีสารอินทรีย์มาก (ฮิวมัส) อาจจะสามารถเก็บน้ำได้เพิ่มขึ้น 100-300 มิลลิเมตร และจะเก็บในรูปของ Interstitial Storage อีกประมาณ 0-50 มิลลิเมตร  (จะเห็นว่าการเพิ่มวัตถุอินทรีย์ในดินมีผลอย่างมากในการเพิ่มความสามารถในการเก็บน้ำ) น้ำในส่วนที่เก็บในดินนี้จะถูกรากของพืชดึงไปใช้งานในภายหลังได้

น้ำส่วนที่เกินจากการเก็บในดินชั้นบนจะไหลลงไปในดินชั้นล่างๆ จะค่อยๆ ไหลอย่างช้าๆ ไปยังลำธาร และลงทะเลในที่สุด  โดยการไหลนี้อาจใช้เวลานาน 1-40 ปี  ดังนั้นเราแทบจะมองได้ว่าป่าเป็นเสมอกับตัวช่วยที่จะทำให้ดินสามารถเก็บน้ำจืดไว้บนแผ่นดินให้ได้นานมากขึ้น

ถ้าคุณคิดว่านี่อัศจรรย์แล้ว  ลองคิดดูว่าความชื้นที่ระเหยออกมาจากทะเล และพื้นดิน  จะมีเพียง 15-20% เท่านั้นที่จะควบแน่นตกลงมาเป็นฝนเป็นจุดเริ่มต้นของขบวนการซับซ้อนที่เรากล่าวถึงข้างต้น  พื้นผิวที่เย็นของใบไม้ยังช่วยควบแน่นความชื้นอีก 80-85% ที่เหลือจากอากาศในตอนกลางคืน หรือจากไอหมอกเป็นสิ่งที่เราเรียกว่า "น้ำค้าง" นั่นเอง  โดยน้ำค้างเหล่านี้ 15% จะระเหยกลับไปเป็นไอน้ำ อีก 50% จะถูกใช้ในการสังเคราะห์คายน้ำกลับออกมา ที่เหลืออีก 35% จะซึมลงไปในดิน ==> ดังนั้นต้นไม้ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของน้ำในลำธารมากกว่าฝนซะอีก  สมแล้วที่ปู่ฟูพูดย้ำเสมอว่า "คนมักจะพูดว่าไม่ค่อยมีต้นไม้แถบนี้เพราะไม่ค่อยมีฝน  แต่ความจริงแล้วการไม่มีต้นไม้มากพอต่างหากที่ทำให้ไม่ค่อยมีฝน"

เมื่อฝนตกพุ่มไม้จะดักฝนไว้ 15%  จะระเหยกลับไปในอากาศ อีก 50% จะเกิดจากการคายน้ำของต้นไม้ ทำให้เมฆที่นำพาความชื้นจากทะเลมีความชื้นจากต้นไม้กลับไปสมทบเพิ่มขึ้นอีกมากกว่า 50%  เมฆเหล่านี้จะเคลื่อนที่ลึกเข้าไปในแผ่นดิน  ป่าไม้จึงทำหน้าที่เหมือนตัวคูณที่ทำให้เราได้ฝนมากขึ้นกว่าความชื้นจากทะเลแต่เพียงอย่างเดียว  ขบวนฝนตกซ้ำๆ เหล่านี้จะมีมากยิ่งขึ้นตามความหนาแน่นของป่าไม้

สุดท้ายก่อนล่ำลาเรื่องราวของ "ต้นไม้สายฝน" อยากจะนำเสนอการค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ เรื่องแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ร่วมกับพืชจะเป็นตัวปล่อยประจุไฟฟ้าออกไปในชั้นบรรยากาศ และจะเป็นตัวเร่งให้มีการควบแน่นเป็นน้ำฝนของเมฆ ( http://activeremedy.org.uk/pages/files/other/Ice_nucleation_active_bacteria.pdf )  นี่เป็นสาเหตุหลักอย่างหนึ่งที่ฝนจะตกในที่ที่มีต้นไม้หนาแน่นมากกว่าใน เมือง  หลังจากที่มนุษย์ค้นพบเรื่องนี้เจ้าชายของประเทศสหรัฐอาหรับเอมิเรตส์ ทุ่มเงินจำนวนมหาศาลให้นักวิทยาศาสตร์ทำโครงการลับ สร้างหอคอยผลิตอิออนขนาดมหึมาเพื่อจะสามารถบังคับให้เมฆตกลงมาเป็นฝนได้  ต่อมาความลับนี้ถูกเปิดเผย จีน และรัสเซียก็พากันสร้างเทคโนโลยีเดียวกัน ( http://www.innovateus.net/climate/what-rainfall-ionizer )  ...เออ...ผมสงสัยว่าทำไมเขาไม่เอาเงินจำนวนมากแบบนั้นไปปลูกต้นไม้แทน  

ปล. การปลูกต้นไม้ซ้อนกันหลายๆ ชั้นก็จะช่วยเรื่องการควบแน่นของไอน้ำที่ระเหยขึ้นไป  โดยไอน้ำที่ระเหย/คายน้ำจากต้นด้านล่างก็จะไปควบแน่นเป็นหยดน้ำในต้นที่ อยู่ด้านบนถัดไปเป็นลำดับ  การปลูกต้นไม้หลายๆ ชั้นจึงเป็นอีกเทคนิคหนึ่งในการรักษาความชื้น

http://www.youtube.com/watch?v=irIqOO5uiY0

ติดตามข้อมูลเพิ่มเติมที่ http://www.kasetporpeang.com/forums/index.php?topic=79810.0