ครั้งแรกในไทย! ใช้ดาวเทียมประเมินการใช้น้ำพืช แม่นยำขึ้น จัดการน้ำตรงความต้องการ

นับเป็น “ครั้งแรกในไทย” ที่มีการวิจัยเชิงลึกและการพัฒนาแบบจำลองเพื่อประเมินการคายระเหยน้ำของพืชด้วยเทคโนโลยีดาวเทียม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำของพืชเศรษฐกิจ โดยอาศัยข้อมูลที่เป็นบริบทของประเทศไทย

โดย “การคายระเหยน้ำ” (Evapotranspiration) หรือที่เรียกว่าค่า ET ก็คือ ตัวแปรสำคัญของการประเมินการใช้น้ำของพืช ซึ่งเป็นตัวชี้วัดหลักที่สะท้อนปริมาณน้ำที่พืชใช้ไปจริง ๆ ในชีวิตประจำวัน ที่ผ่านการวัดค่า ET ในประเทศไทย ยังมีข้อจำกัดและทำได้ยาก โดยทั่วไปจะใช้ 2 วิธีหลัก

วิธีการแรกคือ การวัดโดยตรงในแปลงทดลอง ซึ่งใช้เครื่องมือตรวจวัดเฉพาะทาง เพื่อคำนวณหาค่าสัมประสิทธิ์ของพืช (KC) ที่เป็นอัตราส่วนระหว่างปริมาณการใช้น้ำของพืชจริง (ETc) กับปริมาณการใช้น้ำของพืชอ้างอิง (ETo) เพื่อนำมาคำนวณหาความต้องการน้ำของพืชได้อย่างแม่นยำ แต่มีข้อจำกัด คือวัดได้เฉพาะจุดและครอบคลุมพื้นที่ที่จำกัด

ส่วนวิธีที่สองคือ การคำนวณจากข้อมูลอุตุนิยมวิทยา โดยนำค่าสภาพอากาศ เช่น อุณหภูมิ ความชื้น ปริมาณน้ำฝน และแสงแดด มาเข้าสูตรมาตรฐานขององค์การอาหารและเกษตรแห่งสหประชาชาติ (FAO) เพื่อคำนวณหาค่าคายระเหยน้ำอ้างอิง (ETo) แล้วนำมาคูณกับค่าสัมประสิทธิ์พืช (KC) เพื่อหาค่าคายระเหยจริง

“ทั้งสองวิธีหากพื้นที่ใดไม่มีเครื่องตรวจวัดอากาศภาคพื้นดิน ก็จะไม่สามารถคำนวณค่าการใช้น้ำได้เลย ทำให้ข้อมูลที่ได้ไม่ครอบคลุมและไม่สะท้อนความหลากหลายทางกายภาพของแปลงเกษตรทั่วประเทศ”

จากข้อจำกัดดังกล่าว สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ (องค์การมหาชน) หรือ GISTDA ได้ทำวิจัยเชิงลึกและพัฒนา “แบบจำลองเพื่อประเมินการคายระเหยน้ำของพืชด้วยเทคโนโลยีดาวเทียม” ขึ้น โดยเป็นส่วนหนึ่งของ “โครงการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำของพืชภาคการเกษตร ด้วยเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ” ที่ GISTDA ร่วมมือกับสำนักงานทรัพยากรน้ำแห่งชาติ (สทนช.) และกรมชลประทาน กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ จัดทำขึ้นในนามของ ฝ่ายจัดการภัยธรรมชาติ GISTDA ให้ข้อมูลว่า การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้น้ำของพืชในภาคการเกษตร โดยเฉพาะในช่วงที่ต้องรับมือกับภัยแล้ง ต้องมีการจัดการให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุด คือ ใช้น้ำอย่างเหมาะสม ประหยัดและคุ้มค่ามากที่สุด จึงจำเป็นต้องรู้ถึงความต้องการใช้น้ำที่แท้จริงของพืชในแปลงปลูก เพื่อไม่ใช้น้ำเกินความจำเป็น

ในปี 2568 GISTDA จึงนำเทคโนโลยีดาวเทียมมาประยุกต์ใช้กับการประเมินการใช้น้ำของพืชเป็นครั้งแรกในประเทศไทย ทั้งนี้หัวใจของการพัฒนาแบบจำลองประเมินการใช้น้ำของพืชจากดาวเทียม คือ การแปลงข้อมูลจากดาวเทียมให้เป็นค่าการใช้น้ำของพืชที่นำไปใช้งานได้จริง โดยระบบจะประเมิน “การคายระเหยน้ำ” หรือค่า ET โดยบูรณาการภาพถ่ายจากดาวเทียมระบบ MODIS ดาวเทียม Sentinel-2/3 และดาวเทียม Landsat-8/9 เข้ากับข้อมูลอุตุนิยมวิทยา แล้วคำนวณด้วยสองวิธีมาตรฐานที่ได้รับการยอมรับระดับสากลเป็นแกนหลัก

วิธีแรกคือ สมการ Penman–Monteith ซึ่งเป็นมาตรฐานสากลสำหรับคำนวณค่าการคายระเหยน้ำอ้างอิง (Reference Evapotranspiration: ETo) จากข้อมูลสภาพอากาศ และวิธีที่สองคือแบบจำลอง SEBAL (Surface Energy Balance Algorithm for Land) ซึ่งประเมินการคายระเหยน้ำจริงจากสมดุลพลังงานพื้นผิวโดยตรงบนภาพถ่ายดาวเทียมที่เหมาะกับการวิเคราะห์พื้นที่ขนาดใหญ่ระดับลุ่มน้ำ ทั้งสองวิธีถูกนำมาใช้ร่วมกับค่าสัมประสิทธิ์พืชผลแบบพลวัต (Dynamic Kc) ที่อิงดัชนีพืชพรรณ (NDVI/LAI) เพื่อประเมินการใช้น้ำจริงของพืช (ETa) รายวันที่ความละเอียดเชิงพื้นที่ 500 เมตร ควบคู่กับการประเมินประสิทธิภาพการใช้น้ำ (Water Use Efficiency: WUE)

ฝ่ายจัดการภัยธรรมชาติ GISTDA ระบุว่า การเข้ามาของเทคโนโลยีดาวเทียม เป็นการ “ปลดล็อก” ข้อจำกัดเดิม ๆ แม้ในต่างประเทศจะมีการใช้ดาวเทียมประเมิน ET มาก่อน แต่ส่วนใหญ่จะประเมินในสเกลระดับทวีปหรือภาพกว้าง ซึ่งขาดความละเอียดสำหรับเกษตรกรรายแปลง ทีมวิจัยจึงออกแบบระบบบูรณาการข้อมูลจากดาวเทียม 4 ดวงเข้าด้วยกัน เพื่อให้ได้ข้อมูลที่มีความถี่และครอบคลุมปัจจัยต่างๆ มากขึ้น เช่น ดาวเทียมในระบบ MODIS ที่มีความสามารถในการตรวจจับอุณหภูมิความร้อน ซึ่งอุณหภูมิจะเป็นปัจจัยหลักในการคำนวณค่า ET ส่วนดาวเทียม Landsat 8/9 และ Sentinel-2/3 จะเข้ามาช่วยเสริมด้านความคมชัดสำหรับข้อมูลการตรวจวัดปัจจัยต่าง ๆ โดยเฉพาะดาวเทียม Sentinel-3 ที่มีบทบาทสำคัญในการให้ข้อมูลด้าน “ Surface Energy ” ดาวเทียมดวงนี้โคจรผ่านประเทศไทยทุกวัน ทำให้ได้ข้อมูลอย่างต่อเนื่อง

ทั้งนี้ในระยะที่ 1 ปี 2568 โครงการได้นำร่องการใช้งานแบบจำลอง ฯ โดยศึกษาวิจัยเชิงลึกใน 2 พืชเศรษฐกิจหลักที่เป็นตัวแทนของพืชอายุสั้นและไม้ผล คือ “ข้าว” และ “ทุเรียน” จนค้นพบข้อมูลสำคัญที่มีนัยยะสำคัญต่อการจัดการน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ

โดย “ข้าว” ซึ่งเป็นพืชเศรษฐกิจรอบการเก็บเกี่ยวสั้น ประมาณ 110-120 วัน ดาวเทียมช่วยเผยให้เห็นว่า ความต้องการน้ำของข้าวในแต่ละระยะไม่เท่ากัน ในช่วง 2 สัปดาห์แรกหลังหว่าน ข้าวต้องการเพียงความชื้นในดินเพื่อให้เมล็ดงอก หากน้ำมากไปต้นจะเน่า เมื่อเริ่มแตกกอความต้องการน้ำจะสูงขึ้นจนต้องมีน้ำขัง แต่เมื่อเข้าสู่ช่วงตั้งท้องและออกรวง ข้าวกลับไม่ต้องการน้ำขังท่วม สามารถจัดการน้ำแบบ “เปียกสลับแห้ง” ได้ และในช่วงก่อนเก็บเกี่ยวต้องปล่อยให้แปลงแห้งสนิท ข้อมูลนี้สามารถช่วยให้กรมชลประทานสามารถปรับแผนการจ่ายน้ำให้สอดคล้องกับช่วงอายุพืชจริง แทนการจ่ายน้ำท่วมขังตลอดฤดูกาล

ส่วน “ทุเรียน” ซึ่งเป็นไม้ผลมูลค่าสูง พบว่า ทุเรียนเป็นพืชที่เกษตรกรส่วนใหญ่จะรดน้ำเกือบทุกวัน เพราะกลัวความเสียหาย แต่จากการวิเคราะห์ข้อมูลดาวเทียมย้อนหลังกว่า 20 ปี ทำให้เห็นพฤติกรรมที่เรียกว่า “กักโศก” ซึ่งเป็นช่วงเวลาประมาณ 2 เดือนก่อนออกดอก เกษตรกรจะหยุดให้น้ำเพื่อให้ต้นทุเรียนเกิดความเครียด แล้วจึงจะยอมออกดอก ข้อมูลจากดาวเทียมสะท้อนภาพการคายระเหยน้ำที่ลดลงในช่วงนี้ได้อย่างชัดเจน และเมื่อพ้นช่วงกักโศกและเริ่มออกดอกแล้ว จึงค่อยกลับมาให้น้ำตามปกติเพื่อบำรุงผลผลิต

จากข้อมูลเหล่านี้นำไปสู่การสร้าง “เส้นเกณฑ์อ้างอิงการใช้น้ำ” (Baseline) ของพืชแต่ละชนิดในแต่ละช่วงอายุ เพื่อให้รู้ว่าความต้องการน้ำต่ำสุด (Minimum) ที่ไม่ทำให้พืชตาย และสูงสุด (Maximum) ที่ไม่ทำให้น้ำล้นเกินและสิ้นเปลือง หากการบริหารจัดการน้ำอยู่ในเกณฑ์ช่วงกราฟ Baseline นี้ ก็สามารถมั่นใจได้ว่าพืชจะเติบโตได้อย่างสมบูรณ์และประหยัดน้ำที่สุด

อย่างไรก็ดี ความน่าเชื่อถือของข้อมูลดาวเทียมได้รับการพิสูจน์กับการตรวจวัดจริง ทีมวิจัยได้มีการสอบเทียบค่า ET ที่ได้จากดาวเทียมระบบ MODIS กับข้อมูลจากสถานีตรวจวัดฟลักซ์ Eddy Covariance ในพื้นที่นาข้าว จังหวัดชัยนาท ตลอดปฏิทินการเพาะปลูกและระยะการเจริญเติบโตของพืช ผลการสอบเทียบพบว่า ค่าจากดาวเทียมมีแนวโน้มสอดคล้องกับข้อมูลภาคพื้นดิน โดยมีค่าความคลาดเคลื่อน (RMSE) อยู่ในระดับต่ำเพียงราว 0.56 มิลลิเมตรต่อวัน

การสอบเทียบกับอุปกรณ์ตรวจวัดภาคพื้นดินนี้ ได้ยืนยันถึงศักยภาพของข้อมูลดาวเทียมในการติดตามการใช้น้ำของพืชระดับพื้นที่ และช่วยยกระดับความแม่นยำก่อนขยายผลใช้งานจริงทั่วประเทศ โดยปัจจุบันขยายผลการใช้งานครอบคลุม 8 พืชคือ ข้าว ข้าวโพด มันสำปะหลัง อ้อย มะม่วง มะพร้าว ทุเรียน และลำไย และได้ทดสอบการใช้งานจริงกับพื้นที่นำร่อง ทั้งในเขตชลประทาน เช่น ระยอง ยะลา นราธิวาส และนอกเขตชลประทาน เช่น สุราษฎร์ธานี และชุมพร เพื่อลดความเหลื่อมล้ำในการจัดสรรน้ำระหว่างในและนอกเขตชลประทาน

ข้อมูลจากองค์ความรู้ที่พัฒนาขึ้นนี้ ได้มีการนำมาแสดงผลบนแพลตฟอร์มเชิงพื้นที่ ที่เรียกว่า “ Crops drought ” หรือ “ระบบช่วยติดตามการใช้น้ำของพืชและประเมินความเสี่ยงภัยแล้งในพื้นที่เกษตรเชิงลึกระดับแปลง” ที่สามารถใช้งานได้สะดวกผ่านเว็บแอปพลิเคชั่น https://cropsdrought.gistda.or.th และบนแอปพลิเคชันบนมือถือ “เช็คแล้ง” ทั้งในระบบ Android และ iOS

นอกจากนี้ทีมวิจัยจาก “GISTDA, สทนช. และกรมชลประทาน” ยังมีแผนที่จะนำองค์ความรู้ที่ได้จากการวิจัยเชิงลึกในการพัฒนาแบบจำลองประเมินการคายระเหยน้ำของพืชต้นแบบทั้ง 2 ชนิด ที่เป็นการพัฒนาในบริบทของประเทศไทย ไป “จดสิทธิบัตรและทรัพย์สินทางปัญญา” เพื่อแสดงให้เห็นถึงขีดความสามารถของทีมวิจัยไทยในการใช้เทคโนโลยีดาวเทียมวิเคราะห์และประเมินภัยแล้งที่มีมาตรฐานระดับสากล

อย่างไรก็ตาม ความสำเร็จในการประเมินการคายระเหยน้ำ (ET) ด้วยดาวเทียมนี้ ถือเป็นการตอบโจทย์ในมิติของ “ความต้องการใช้น้ำ (Demand)” เท่านั้น ก้าวต่อไปที่ท้าทายยิ่งกว่าคือ การผนึกกำลังร่วมกับ สทนช. และกรมชลประทาน ในการนำข้อมูลฝั่ง Demand นี้ไปประมวลผลร่วมกับข้อมูล “การจัดสรรและปริมาณน้ำที่มีอยู่ (Supply)” เช่น น้ำในอ่างเก็บน้ำ เขื่อน และแหล่งน้ำธรรมชาติ

เพื่อเป้าหมายสูงสุดของทีมวิจัยคือการผสานข้อมูล Demand และ Supply จากเทคโนโลยีภูมิสารสนเทศเข้าด้วยกัน เพื่อขับเคลื่อนระบบ “สมดุลน้ำ (Water Balance)” ของประเทศไทยให้เกิดขึ้นจริง.