Groundwater Salinity Treatment by Spikesedge(Eleocharis geniculata (L.) Roem. & Schult.)

Abstract

Land excavation activities have increased soil and water salinity levels in northeastern Thailand, particularly in groundwater. In some areas, the dissolution of underground salt has altered water quality beyond the standard for consumption. Phytodesalination presents an environmentally friendly and low-cost solution. This research focuses on Eleocharis geniculata, a sedge species growing in saline soils in Khlong Kham Sub-district, Yang Talat District, Kalasin Province, an area historically associated with rock salt production. The study was divided into two parts. Part I analyzed the ecology and growth of this sedge in its natural environment. The study area was the saline soil zone of Khlong Kham Sub-district, with samples collected from 11 sites to analyze soil properties and salt ion accumulation in plants. The plant's life cycle was recorded over three years (2021–2023). Part II evaluated the potential of the sedge to reduce groundwater salinity using a hydroponic system. Five experimental groups were established with different sodium concentrations in groundwater (0, 40, 80, 120, and 160 mg Na/L) over four weeks. Weekly, water and soil samples were analyzed for salt ion accumulation in plants, salt ion removal efficiency, and secondary metabolites, including proline and total sugars.

The study in Part I found that the life cycle of E. geniculata occurs from July to March, corresponding to the rainy season when soil salinity decreases. The plant thrives in non-saline to moderately saline soils, with soil pH varying from slightly acidic to slightly basic and sandy loam soil. In its natural habitat, E. geniculata accumulated the highest amount of sodium in its stems, followed by calcium, potassium, and magnesium (233.79, 61.46, 30.91, and 6.35 mg/kg, respectively). The study in Part II found that E. geniculata could remediate groundwater salinity. The plant absorbed and retained the highest amount of potassium, followed by sodium, magnesium, and calcium. The experimental setup with an initial sodium concentration of 160 mg Na/L in groundwater achieved the highest potassium removal efficiency at 56.04%. For sodium remediation, the initial concentration of 40 mg Na/L was most effective, with a sodium removal efficiency of 52.42%. The ability to remove all four salt ions was highest during the first week and decreased from the second week onwards. Additionally, the plant’s salt tolerance was linked to its synthesis of proline and total sugars, particularly during the first week, when the levels of these secondary metabolites aligned with the amount of salt ions retained.

The study concludes that E. geniculata is an effective sedge for reducing groundwater salinity. However, diluting the initial sodium concentration to an appropriate level is necessary to allow the plant to adapt and absorb salt ions from the groundwater efficiently.

เนื่องจากในปัจจุบันมีกิจกรรมเปิดหน้าดินที่ทำให้ดินและน้ำในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของประเทศไทยมีค่าความเค็มเพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะน้ำบาดาลซึ่งในบางพื้นที่ได้รับผลกระทบจากการละลายได้ของเกลือใต้ดินกระทั่งทำให้คุณภาพของน้ำเปลี่ยนแปลงไปจากค่ามาตรฐานการอุปโภคบริโภค วิธีการใช้พืชบำบัดความเค็มของน้ำบาดาลจึงเป็นอีกวิธีหนึ่งที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีต้นทุนต่ำ โดยในงานวิจัยนี้เลือกใช้ “หญ้าเปลือกกระเทียมหัวแมลงวัน (Eleocharis geniculata)” ซึ่งเป็นกกที่พบการเจริญเติบโตในพื้นที่ดินเค็มตำบลคลองขาม อำเภอยางตลาด จังหวัดกาฬสินธุ์ ซึ่งเป็นพื้นที่ต้มเกลือสินเธาว์ตั้งแต่ในอดีต งานวิจัยนี้ได้แบ่งการทดลองออกเป็น 2 ตอน โดยตอนที่ 1 เพื่อวิเคราะห์นิเวศวิทยาและการเจริญเติบโตของกกชนิดนี้ในสภาพธรรมชาติ โดยเลือกพื้นที่ศึกษาเป็นพื้นที่ดินเค็มตำบลคลองขาม อำเภอยางตลาด จังหวัดกาฬสินธุ์ และแบ่งจุดเก็บออกเป็น 11 จุด เพื่อสุ่มเก็บตัวอย่างดินและพืชไปตรวจวิเคราะห์สมบัติดินและปริมาณการกักเก็บไอออนเกลือในพืช รวมถึงบันทึกวัฏจักรชีวิตต่อเนื่องเป็นระยะเวลา 3 ปี (2564 – 2566) และการทดลองตอนที่ 2 เพื่อประเมินศักยภาพของกกชนิดนี้ในการลดความเค็มของน้ำบาดาลผ่านระบบไฮโดรโปนิกส์ โดยแบ่งชุดทดลอง 5 ชุด ตามความเข้มข้นของโซเดียมในน้ำบาดาลที่แตกต่างกัน 5 ระดับ (0, 40, 80, 120 และ 160 mg Na/L) และทดสอบเป็นระยะเวลา 4 สัปดาห์ โดยในแต่ละสัปดาห์ได้สุ่มตัวอย่างน้ำและดินมาวิเคราะห์ปริมาณไอออนเกลือที่พืชกักเก็บไว้ ประสิทธิภาพการกำจัดไอออนเกลือ และสารเมแทบอไลท์ทุติยภูมิในรูปโพรลินและน้ำตาลทั้งหมด

ผลการศึกษาในตอนที่ 1 พบว่าหญ้าเปลือกกระเทียมหัวแมลงวันมีวัฏจักรชีวิตอยู่ในช่วงเดือนกรกฎาคมถึงมีนาคม ซึ่งเป็นช่วงฤดูฝนที่ความเค็มของดินลดลง ความเค็มของดินที่พบการเจริญเติบโตอยู่ในช่วงไม่เค็มจนกระทั่งถึงเค็มปานกลาง ค่า pH ของดินเป็นกรดอ่อนจนถึงเบสอ่อน ดินร่วนปนทราย และในสภาพธรรมชาติหญ้าเปลือกกระเทียมหัวแมลงวันสามารถกักเก็บโซเดียมไว้ในลำต้นได้มากที่สุด รองลงมาคือแคลเซียม โพแทสเซียม และแมกนีเซียม (233.79, 61.46, 30.91 และ 6.35 mg/Kg ตามลำดับ) ผลการศึกษาในตอนที่ 2 พบว่าหญ้าเปลือกกระเทียมหัวแมลงวันสามารถบำบัดความเค็มของน้ำบาดาลได้ แต่ไอออนเกลือที่กกชนิดนี้ดูดซึมและกักเก็บไว้ได้มากที่สุดคือโพแทสเซียม รองลงมาคือโซเดียม แมกนีเซียม และแคลเซียม ตามลำดับ โดยชุดทดลองที่ใช้ความเข้มข้นของโซเดียมในน้ำบาดาลเริ่มต้นที่ระดับ 160 mg Na/L จะมีประสิทธิภาพในการกำจัดโพแทสเซียมสูงที่สุดคือ 56.04% ส่วนการบำบัดโซเดียมนั้นควรใช้ความเข้มข้นของโซเดียมในน้ำบาดาลเริ่มต้นที่ระดับ 40 mg Na/L จะมีประสิทธิภาพการกำจัดโซเดียมสูงที่สุดคือ 52.42% โดยความสามารถในการกำจัดไอออนเกลือทั้งสี่ชนิดจะสูงในช่วงสัปดาห์แรกและลดลงในสัปดาห์ที่สองเป็นต้นไป นอกจากนี้ พบว่าความสามารถในการทนเค็มของกกชนิดนี้เกี่ยวข้องกับปริมาณการสังเคราะห์โพรลินและน้ำตาลทั้งหมด โดยเฉพาะในช่วงสัปดาห์แรกที่ปริมาณสารเมแทบอไลต์ทุติยภูมิทั้งสองชนิดนี้เป็นไปในทิศเดียวกันกับปริมาณการกักเก็บไอออนเกลือ

จากผลการศึกษาสรุปได้ว่าหญ้าเปลือกกระเทียมหัวแมลงวันเป็นกกที่มีประสิทธิภาพในการลดความเค็มในน้ำบาดาลได้ แต่จำเป็นต้องเจือจางความเข้มข้นเริ่มต้นของปริมาณโซเดียมให้เหมาะสม เพื่อให้พืชสามารถปรับตัวและดูดซึมไอออนเกลือจากน้ำบาดาลได้