ปฐพีศาสตร์ทั่วไป (General soil) 361201 โดย ดร. นิวัติ อนงค์รักษ์

บทที่ 3 สมบัติทางฟิสิกส์ของดิน (Physical Properties of Soil)

บทนำ (introduction) สมบัติฟิสิกส์ของดิน มีผลกระทบทั้งทางตรงและทางอ้อมต่อการเจริญเติบโตของเมล็ด การเติบโตและการให้ผลผลิตของพืช สมบัติทางฟิสิกส์พื้นฐานของดินประกอบด้วย เนื้อดิน (soil texture) และโครงสร้างดิน (soil structure) ซึ่งมีผลต่อสมบัติทางฟิสิกส์ของดินอื่นๆ คือ 1) ความหนาแน่นรวม (bulk density) 2) ความพรุน (porosity) 3) ความร่วนเหนียว (consistence) 4) สภาพให้ซึมได้ (permeability) ของน้ำและอากาศ 5) ความสามารถอุ้มน้ำ (water holding capacity)

เนื้อดิน (soil texture) เนื้อดิน เป็นสมบัติทางฟิสิกส์ขึ้นมูลฐาน ซึ่งจะมีผลควบคุมสมบัติทางฟิสิกส์อื่นๆ ของดิน เนื้อดินถูกจำแนกเป็นหลายประเภท สิ่งที่กำหนดประเภทของเนื้อดิน คือ สัดส่วนโดยมวลของอนุภาคอนินทรีย์ 3 กลุ่มขนาด (soil separates) คือ 1) Sand หรืออนุภาคขนาดทราย มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2 - 0.05 มม. 2) Silt หรืออนุภาคขนาดทรายแป้ง มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.05 - 0.002 มม. 3) Clay หรืออนุภาคขนาดดินเหนียว มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง < 0.002 มม.

อิทธิพลของขนาดอนุภาค (effects of size of particles) 1. อิทธิพลต่อพื้นที่ผิวของอนุภาคดิน พื้นที่ผิวของอนุภาคดิน คือ ผลรวมของพื้นที่ผิวของแต่ละอนุภาคที่ประกอบกันขึ้นเป็นมวลดินนั้นๆ โดยทั่วไปเมื่อตวงอนุภาคดินแต่ละกลุ่มขนาดมาให้มีจำนวน (มวลหรือปริมาตร) เท่ากัน พื้นที่ผิวของอนุภาคสามารถสรุปได้ดังนี้ Clay > Silt > Sand

อิทธิพลของการจัดเรียงอนุภาคต่อพื้นที่ผิว 1) จัดเรียงอย่างมีระเบียบ ไม่มีเนื้อที่ผิวภายใน 2) จัดเรียงอย่างไม่มีระเบียบ มีเนื้อที่ผิวมากกว่า อิทธิพลของการจัดเรียงอนุภาคต่อพื้นที่ผิว

พื้นที่ผิวจำเพาะ (specific surface, S) หรือ พื้นที่ผิวต่อหน่วยมวล หาได้จาก A = พื้นที่ผิวของทุกอนุภาครวมกัน มีหน่วยเป็น ตร.ซม. หรือ ตร.ม. m = มวลของดินแห้ง (soil dry mass) มีหน่วยเป็น กรัม พื้นที่ผิวภายในของดิน มีผลต่อสมบัติดินดังนี้ 1) การดูดซับน้ำ ดินที่มีพื้นที่ผิวรวมของอนุภาคมากกว่าจะดูดซับน้ำไว้ได้มากกว่า (การดูดซับน้ำยังขึ้นกับขนาดและจำนวนรวมของช่องในดินด้วย) 2) การดูดซับธาตุอาหารพืช โดยทั่วไปดินที่มีพื้นที่ผิวรวมของอนุภาคมากกว่าจะดูดซับไอออนซึ่งเป็นธาตุอาหารได้มากกว่า

2. อิทธิพลต่อขนาดช่องภายในดิน ขนาดช่องภายในดิน มีผลกระทบต่อแรงดึงน้ำถ้ามีน้ำเข้าไปขังในช่องเหล่านั้น แรงดึงในช่อง เรียกกว่า แรงดึงแคพิลลารี (capillary force) แรงดึงน้ำในช่องจะผันแปรโดยกลับกับขนาดของช่อง 1) อนุภาคของดินมีขนาดใหญ่ (เช่น ทรายและทรายแป้ง) พื้นที่ผิวภายในของดินมีค่าน้อย ทำให้ดูดซับน้ำได้น้อย และช่องระหว่างอนุภาคมีขนาดใหญ่ ทำให้ดูดน้ำด้วยแรงต่ำ ซึ่งมีผลดังนี้ - ดินระบายน้ำ (drainage) ดี ส่วนมากจะมีอากาศบรรจุอยู่ - ดินระบายอากาศ (aeration) ดี เนื่องจากดินมีช่องอากาศมาก และมีความต่อเนื่องถึงกัน

2) อนุภาคของดินมีขนาดเล็ก (เช่น อนุภาคดินเหนียว) พื้นที่ผิวภายในของดินมีค่ามาก ทำให้ดูดซับน้ำได้มาก และช่องระหว่างอนุภาคมีขนาดเล็ก ทำให้ดูดน้ำด้วยแรงสูง - ดินระบายน้ำไม่ดี ส่วนมากจะมีน้ำขังอยู่ - ดินระบายอากาศไม่ดี เนื่องจากมีช่องอากาศน้อยและไม่มี ความต่อเนื่องถึงกัน

อิทธิพลของขนาดอนุภาคต่อขนาดของช่อง 1) อนุภาคขนาดใหญ่เรียงตัวได้ช่องขนาดใหญ่ แต่ปริมาตรรวมของช่องน้อย 2) อนุภาคขนาดเล็กเรียงตัวได้ช่องขนาดเล็ก แต่ปริมาตรรวมของช่องมาก อิทธิพลของขนาดอนุภาคต่อขนาดของช่อง

แรงดึงแคพิลลารี (capillary force) หรือแรงดึงน้ำในช่องขนาดเล็ก เกิดจากความตึงผิวของน้ำร่วมกับความสามารถของโมเลกุลน้ำซึ่งเกาะติดผิวสัมผัส r = radius of capillary tube (cm) Water – density =w g/cm3 – surface tension =  dyne/cm

จากสมการ g = gravity = 981 dyne/g (หรือ 9.81 N/kg)  = มุมสัมผัส (contact angle) ระหว่างผิวน้ำกับผนังหลอด h = ความสูงของน้ำในหลอดเหนือผิวน้ำในภาชนะ  = แรงดึงน้ำ (water tension) ของหลอดรูเล็ก (capillary tube) h ผันแปรโดยกลับกับขนาดของหลอด (r) ทำให้หลอดขนาดเล็กกว่า จะดึงน้ำขึ้นไปได้สูงกว่า (หรือแรงดึงน้ำสูงกว่า) หลอดขนาดใหญ่

กลุ่มขนาดของอนุภาค (soil separates) 1. การจำแนกอนุภาคของดิน ระบบการจำแนกอนุภาคของดิน ที่สำคัญมี 2 ระบบ คือ 1) ระบบของกระทรวงเกษตรสหรัฐอเมริกา (United States Department of Agriculture, USDA) 2) ระบบสากล (International Society of Soil Science, ISSS) ความแตกต่างของ 2 ระบบ คือ ระบบ USDA จำแนกชั้นย่อยในกลุ่มทรายออกเป็น 4 กลุ่ม และกำหนดพิกัดบนของขนาดทรายแป้งไว้ที่ 0.05 มม. แต่ระบบ ISSS จำแนกชั้นย่อยในกลุ่มทรายออกเป็น 2 กลุ่ม และกำหนดพิกัดบนของขนาดทรายแป้งไว้ที่ 0.02 มม.

การจำแนกกลุ่มขนาด (soil separates) ตามระบบ USDA และ ISSS กลุ่มขนาด เส้นผ่าศูนย์กลาง (มม.) USDA ISSS ทรายหยาบมาก (Very coarse sand) 2.00 – 1.00 - ทรายหยาบ (Coarse sand) 1.00 – 0.50 2.00 – 0.20 ทรายขนาดปานกลาง (Medium sand) 0.50 – 0.25 ทรายละเอียด (Fine sand) 0.25 – 0.10 0.20 – 0.02 ทรายละเอียดมาก (Very fine sand) 0.10 – 0.05 ทรายแป้ง (Silt) 0.05 – 0.002 0.02 – 0.002 ดินเหนียว (Clay) <0.002

Comparison of Particle Size Classes in Different Systems

เปรียบเทียบขนาดของกลุ่มขนาดต่างๆ ของดิน

2. ลักษณะจำเพาะของอนุภาคดินแต่ละกลุ่มขนาด ลักษณะจำเพาะของอนุภาคดินแต่ละกลุ่มขนาด คือ ทราย (sand) ทรายแป้ง (silt) และดินเหนียว (clay) มีดังนี้ 1) ทราย (Sand) - เป็นเม็ดของแร่ quartz และ feldspar ที่สลายตัวจากหินต้นกำเนิด - ขนาดโต ไม่เกาะกันเป็นเม็ดดิน (aggregate) - เรียงตัวกันจะเกิดช่องขนาดใหญ่ ระบายน้ำและอากาศดี แต่อุ้มน้ำต่ำ - เนื้อที่ผิวจำเพาะน้อย ดูดซับน้ำและธาตุอาหารได้น้อย 2) ทรายแป้ง (Silt) - มีองค์ประกอบทางแร่เหมือนกลุ่มขนาดทราย - ไม่เกาะกันเป็นเม็ดดิน - เรียงตัวกันจะเกิดช่องขนาดเหมาะสม ที่จะอุ้มน้ำไว้และพืชใช้น้ำนี้ได้

3) ดินเหนียว (Clay) - มักเป็น secondary minerals ที่สังเคราะห์ขึ้นจากแร่ดั้งเดิม - อนุภาคมีลักษณะเป็นแผ่น ของสารประกอบ aluminosilicate ซ้อนกัน - มีความเชื่อมแน่น (cohesion) ได้ดีเมื่อแห้ง เกาะยึดสารอื่น (adhesion) ได้ดีเมื่อเปียก เนื่องจากมีเนื้อที่ผิวจำเพาะสูง - เรียงตัวกันจะเกิดช่องขนาดเล็ก ปริมาตรรวมของช่องมาก ความพรุน สูง อุ้มน้ำได้มาก แต่พืชดูดนำไปใช้ได้น้อย - เนื้อที่ผิวจำเพาะมาก อนุภาคไม่เป็นกลาง จึงดูดซับสารต่างๆ ได้ดี

การจำแนกประเภทเนื้อดิน (textural classification) การจำแนกประเภทเนื้อดิน เป็นการแบ่งสัดส่วนผสมของกลุ่มอนุภาคดิน 3 ชนิด คือ Sand, Silt และ Clay ออกเป็น 12 ประเภท ซึ่งอาจจำแนกเนื้อดินออกเป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ คือ 1) กลุ่มดินเนื้อละเอียด (fine-textured soils) ประกอบด้วย - ดินเหนียว (clay) - ดินเหนียวปนทรายแป้ง (silty clay) - ดินเหนียวปนทราย (sandy clay) - ดินร่วนเหนียว (clay loam) - ดินร่วนเหนียวปนทรายแป้ง (silty clay loam)

2) กลุ่มดินเนื้อปานกลาง (medium-textured soils) ประกอบด้วย 2) กลุ่มดินเนื้อปานกลาง (medium-textured soils) ประกอบด้วย - ดินร่วนเหนียวปนทราย (sandy clay loam) - ดินร่วน (loam) - ดินร่วนปนทรายแป้ง (silt loam) - ดินทรายแป้ง (silt) 3) กลุ่มดินเนื้อหยาบ (coarse-textured soil) ประกอบด้วย - ดินทราย (sand) - ดินทรายปนดินร่วน (loamy sand) - ดินร่วนปนทราย (sandy loam)

Soil Texture Triangle : Fine Earth Texture Classes ( ) กลุ่มดินเนื้อละเอียด กลุ่มดินเนื้อปานกลาง กลุ่มดินเนื้อหยาบ Soil Texture Triangle : Fine Earth Texture Classes ( )

การประเมินเนื้อดิน (determining soil texture) 1. การวิเคราะห์เชิงกล (mechanical analysis) การวิเคราะห์เชิงกล เป็นวิธีวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ เมื่อได้ผลสัดส่วนของกลุ่มอนุภาคทราย ทรายแป้ง และดินเหนียว นำมาเปรียบเทียบกับตารางสามเหลี่ยมเนื้อดิน กฎของสโตกส์ (Stokes law) วัตถุที่มีขนาดแตกต่างกันจะจมในของเหลวด้วยความเร็วแตกต่างกัน กฎของสโตกส์ให้ข้อมูล 2 ประการ คือ 1) ความเร็วการจม (v) มีค่าเพิ่มขึ้นถ้าเส้นผ่าศูนย์กลางของอนุภาค (d) มีค่าเพิ่มขึ้น 2) ความเร็วการจม (v) ผันแปรตามอุณหภูมิของน้ำ ทั้งนี้เพราะอุณหภูมิของน้ำมีผลต่อความหนาแน่น (w) และความหนืดของน้ำ ()

s = ความหนาแน่นของอนุภาคทรงกลม (particle density) s = ความหนาแน่นของอนุภาคทรงกลม (particle density) สำหรับดินใช้ค่า 2650 kg/m3 (2.65 g/cm3) w= ความหนาแน่นของน้ำ มีค่า 995.6 kg/m3 (0.9956 g/cm3) ที่ 300C g = gravity มีค่า 9.81 N/kg (981 dyne/g) d = เส้นผ่าศูนย์กลางของทรงกลม มีหน่วยเป็น m (หรือ cm)  = สัมประสิทธิ์ความหนืดของน้ำ (viscosity coefficient of water) มีค่า 0.798x10-3 Pa.s (0.00798 dyne.s/cm2) ที่ 300C

จากกฎสโตกส์ ถ้าผสมดินกับน้ำเขย่าอย่างทั่วถึงเป็นสารแขวนลอยดิน (soil suspension) แล้วปล่อยให้ตกตะกอนโดยไม่รบกวน อนุภาคทรายซึ่งมีขนาดโตสุดจะจมผ่านระดับความลึกที่กำหนดให้ก่อนทรายแป้งและดินเหนียว ตัวอย่างการคำนวณ ความเร็วของอนุภาคทรายขนาดเล็กสุดมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 0.02 มม. (2x10-5 ม.) สามารถคำนวณความเร็วการจม (v) ของอนุภาคในน้ำที่ 300C ดังนี้ v = (2650-995.6)(2x10-5)2x9.81 18x0.798x10-3 = 4.52x10-4 เมตร/วินาที

ถ้ากำหนดระดับความลึก (s) นับจากผิวสารแขวนลอยไว้เท่ากับ 15 ซม. (0. 15 ม ถ้ากำหนดระดับความลึก (s) นับจากผิวสารแขวนลอยไว้เท่ากับ 15 ซม. (0.15 ม.) สามารถคำนวณเวลา (t) การจมได้ คือ จาก v = s t t = 0.15 4.52x10-14 = 331.9 วินาที ดังนั้นหากผสมสารแขวนลอยดินอย่างทั่วถึงแล้ววางทิ้งไว้ 331.9 วินาที (ประมาณ 5 นาที 30 วินาที) แล้วตวงสารแขวนลอยเหนือระดับความลึก 15 ซม. มาประเมินความเข้มข้น (มวลของอนุภาคดิน/ปริมาตรสารแขวนลอย) ค่ามวลดังกล่าวจะประกอบด้วยอนุภาคทรายแป้งและดินเหนียวรวมกัน

2. วิธีสัมผัส (feel method) วิธีสัมผัส เป็นวิธีที่ทำให้ทราบเนื้อดินโดยรวดเร็วขณะกำลังปฏิบัติงานอยู่ในสนาม เพื่อวัตถุประสงค์บางอย่างซึ่งไม่ต้องการความแม่นยำของการวินิจฉัย การประเมินเนื้อดิน ด้วยวิธีสัมผัสดังกล่าวแม้จะดูง่าย แต่ผู้ปฏิบัติจำเป็นต้องฝึกหัดเป็นระยะเวลาพอสมควรก่อนจะวินิจฉัยประเภทของเนื้อดินได้ใกล้เคียงความเป็นจริง

ลักษณะเฉพาะของเนื้อดินแต่ละประเภท (characteristics of soil textural class) 1. ดินเนื้อหยาบ (coarse-textured soils) 1) ดินมีช่องขนาดใหญ่ ระหว่างอนุภาคเมื่อเรียงตัวเป็นหน้าตัดดิน 2) ดินมีการแทรกซึมน้ำ (infiltration) ดี 3) ดินมีการกระจายน้ำ (water redistribution) ดี 4) การไถพรวนไม่ต้องใช้กำลังมาก จึงมักเรียก ดินเบา (light soil) 5) พื้นที่ผิวจำเพาะน้อย เป็นอนุภาคไม่มีประจุ ช่องว่างมีขนาดใหญ่ จึง ดูดซับน้ำและอาหารได้น้อย 6) ปุ๋ยที่ใส่มักถูกชะละลายด้วยน้ำ และไหลเลยเขตรากพืชได้ง่าย

2. ดินเนื้อปานกลาง (medium-textured soils) 1) ดินมีสมบัติกึ่งกลาง ระหว่างดินเนื้อหยาบและดินเนื้อละเอียด 2) การระบายน้ำไม่เร็วมาก จนเกิดการชะละลายสูญเสียธาตุอาหาร แต่เร็วพอที่จะระบายอากาศได้ทันต่อความต้องการของพืช 3) ดินมีความจุน้ำใช้ประโยชน์ (available water capacity) ค่อนข้างมาก 4) เป็นดินที่เหมาะสมต่อการเพาะปลูกพืช มากกว่าดินเนื้อหยาบและ ละเอียด

3. ดินเนื้อละเอียด (fine-textured soils) 1) ดินมีช่องระหว่างอนุภาคขนาดเล็ก และมีปริมาตรรวมของช่องมาก 2) การแทรกซึมน้ำมีค่าต่ำ 3) การกระจายน้ำในหน้าตัดดินช้า 4) การไถพรวนใช้กำลังมาก จึงมักเรียก ดินหนัก (heavy soil) 5) ดินมีปัญหาน้ำท่วมขัง และการระบายอากาศเลว รากพืชอาจขาด อากาศได้ในบางช่วงฤดู 6) มักเกิดแผ่นแข็งปิดผิว (surface crust) ซึ่งทำให้เมล็ดงอกได้ยาก 7) พื้นที่ผิวจำเพาะสูง อนุภาคมีประจุและช่องระหว่างอนุภาคเล็ก จึงดูด ซับน้ำและธาตุอาหารพืชได้มาก

การดัดแปลงผลกระทบจากเนื้อดิน (modifying the effects of soil texture) ทางทฤษฏีเนื้อดินอาจเปลี่ยนแปลงได้ โดยการเพิ่มปริมาณทราย หรือดินเหนียวลงไปเพื่อปรับสัดส่วนโดยมวลของอนุภาค แต่ในเชิงปฏิบัติเป็นการสิ้นเปลืองมากจนไม่คุ้มทุน นอกจากจะเป็นพื้นที่ไม่กว้างขวางมากและ ให้ผลตอบแทนสูง ทางเลือกในการจัดการปัญหาจากเนื้อดิน 1) ปลูกพืชให้เหมาะสม กับชนิดของเนื้อดิน 2) มีการเขตกรรมร่วม ในพื้นที่ที่ดินไม่เหมาะสมกับชนิดพืชที่ปลูก 3) เพิ่มอินทรียวัตถุลงในดิน เพื่อเพิ่มความสามารถในการดูดซับน้ำและธาตุอาหารในดินทราย และทำให้ดินโปร่งในดินเหนียว

ความหนาแน่นของดิน (soil density) ความหนาแน่นของวัตถุ หมายถึง มวลของวัตถุนั้น (m) ต่อหน่วยปริมาตร (v)  = ความหนาแน่น มีหน่วย kg/m3 หรือ g/cm3 ความหนาแน่นของดิน มี 2 ประเภท คือ 1) ความหนาแน่นรวม (bulk density, b) 2) ความหนาแน่นอนุภาค (particle density, s)

ความหนาแน่นรวม (bulk density, b) ความหนาแน่นรวมของดิน หมายถึง สัดส่วนระหว่างมวลแห้งของดิน (ms) และปริมาตรรวม (Vb) ms = มวลของดินแห้ง หรือมวลดินตัวอย่างที่ผ่านการอบแห้งโดยใช้ อุณหภูมิ 105-1100C จนน้ำหนักคงที่ Vb = ผลรวมระหว่างปริมาตรของของแข็ง (Vs) และปริมาตรช่อง (Vp)

ความหนาแน่นอนุภาค (particle density, s) ความหนาแน่นอนุภาค หมายถึง สัดส่วนมวลแห้งของดิน (ms) ต่อหน่วยปริมาตรของของแข็ง (Vs) ms = มวลของดินแห้ง Vs = ปริมาตรของของแข็ง เปรียบเทียบสำหรับดินเดียวกัน b จะมีค่าต่ำกว่า s เสมอ ส่วน b ของดินเดียวกันจะมีค่าสูงหรือต่ำขึ้นกับปริมาตรช่อง (Vp) ว่ามีมากหรือน้อย

ความพรุนของดิน (soil porosity) ความพรุนของดิน เป็นสมบัติซึ่งถูกควบคุมโดยปริมาตรและขนาดของช่องในดิน สามารถแบ่งเป็น 1) ความพรุนรวม (total porosity, E) 2) ความพรุนช่องบรรจุอากาศ (air-filled porosity, Ea) และความพรุนช่องบรรจุน้ำ (water-filled porosity, Ew) 3) การกระจายขนาดของช่อง (pore-size distribution)

ความพรุนรวม (total porosity, E) ความพรุนรวม หมายถึง สัดส่วนระหว่างปริมาตรของช่อง (Vp) และปริมาตรรวมของดิน (Vb) จากสมการความหนาแน่นรวมและความหนาแน่นอนุภาค

ความพรุนช่องบรรจุอากาศ ความพรุนช่องบรรจุอากาศ (air-filled porosity, Ea) และ ความพรุนช่องบรรจุน้ำ (water-filled porosity, Ew) ความพรุนช่องบรรจุอากาศ ความพรุนช่องบรรจุน้ำ Va = ปริมาตรของอากาศ Vw = ปริมาตรของน้ำ

ความพรุนรวมของดิน คือ ผลรวมของความพรุนช่องบรรจุอากาศกับความพรุนช่องบรรจุน้ำ ข้อพึงสังเกต 1) ความพรุนช่องบรรจุน้ำ (Ew) มีความหมายเดียวกับระดับความชื้นโดยปริมาตร (v) 2) ความพรุนช่องบรรจุอากาศ (Ea) จะผันแปรโดยกลับกับความพรุนช่องบรรจุน้ำ (Ew)

2) ระดับความชื้นโดยปริมาตร (volume water content, v) ระดับความชื้นดิน สามารถแบ่งได้ 2 ประเภท คือ 1) ระดับความชื้นโดยมวล (mass water content, m) mw = มวลของน้ำ ms = มวลดินแห้ง 2) ระดับความชื้นโดยปริมาตร (volume water content, v) vw = ปริมาตรของน้ำ vb = ปริมาตรรวมของดิน

ความสัมพันธ์ระหว่างระดับความชื้นโดยมวลและโดยปริมาตร หาได้จากสมการ

การกระจายขนาดของช่อง (pore-size distribution) ช่องในดิน เป็นส่วนที่บรรจุรวมทั้งเป็นทางผ่านของน้ำและอากาศ ซึ่งต่างก็มีอิทธิพลต่อการอยู่รอดของพืช โดยทั่วไปช่องขนาดใหญ่จะเป็นทางไหลผ่านของน้ำและใช้บรรจุอากาศเมื่อน้ำแห้งไปแล้ว และช่องขนาดเล็กน้ำจะไหลผ่านอย่างช้าๆ อาจกล่าวได้ว่าเป็นช่องบรรจุน้ำไว้ให้พืชใช้ การจำแนกช่องในดิน อาจแบ่งได้ 3 ประเภท คือ 1) ช่องขนาดใหญ่ (macropores) 2) ช่องขนาดปานกลาง (mesopores) 3) ช่องขนาดเล็ก (micropores)

การจำแนกขนาดของช่องในดิน ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง (m) ชนิดของช่อง ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง (m) ช่องขนาดใหญ่ (macropores) >100 ช่องขนาดกลาง (mesopores) 50-100 ช่องขนาดเล็ก (micropores) <50

1. ช่องขนาดใหญ่ (macropores) 1) เป็นช่องที่บรรจุและเป็นทางผ่านของอากาศเข้า-ออกจากดิน 2) ระบายน้ำเมื่อดินได้รับน้ำในอัตราสูงจนเกิดสภาพน้ำท่วมขัง 2. ช่องขนาดปานกลาง (mesopores) 1) ช่องขนาดปานกลางจะมีการระบายน้ำต่อจากช่องขนาดใหญ่ 2) เป็นช่องถ่ายเทอากาศเมื่อน้ำกระจายตัวออกจากช่องเหล่านี้หมดแล้ว 3. ช่องขนาดเล็ก (micropores) เป็นช่องที่บรรจุน้ำไว้ให้พืชใช้ แต่ช่องขนาดเล็กมากๆ น้ำจะถูกแรงดึงดูดจากผนังช่อง ทำให้พืชไม่สามารถดูดน้ำไปใช้ได้

ผลกระทบของช่องในดินต่อการระบายน้ำและการถ่ายเทอากาศ (effects of soil pores on drainage and aeration) การกระจายขนาดของช่อง (pore-size distribution) เป็นข้อมูลที่เป็นประโยชน์กับการเกษตรมากที่สุด เนื่องจากสัดส่วนของช่องขนาดต่างๆ ให้ความหมายเชิงพฤติกรรมว่าดินจะแสดงออกเรื่องน้ำและอากาศอย่างไร ความพรุนช่องบรรจุอากาศ (air-filled porosity) ให้ข้อมูลว่าขณะปัจจุบันดินมีความสามารถในการระบายอากาศเพียงพอต่อความต้องการของพืชหรือไม่ ความพรุนทั้งหมด (total porosity) ให้ข้อมูลว่าสัดส่วนโดยรวมของช่องเทียบเป็นเท่าไรของปริมาตรรวมของดินเท่านั้น

สภาพให้ซึมได้ (permeability) คือ ความสามารถส่งผ่านหรือระบายน้ำและการถ่ายเทอากาศ จะถูกควบคุมโดยตรงจากขนาดและความต่อเนื่องของช่อง ดินที่มีขนาดใหญ่และต่อเนื่องกันดี จะมีสภาพให้น้ำซึมได้ (water permeability) และสภาพให้อากาศซึมได้ (air permeability) สูง สภาพนำน้ำ (hydraulic conductivity) ของดิน คือ สภาพนำน้ำของตัวอย่างดินเดียวกันจะผันแปรโดยตรงกับระดับความชื้น และขึ้นกับลักษณะธรรมชาติของช่องในดิน

โครงสร้างดิน (soil structure) การจับตัวเป็นเม็ดดิน (aggregation) มีผลทำให้การระบายน้ำและอากาศของดินดีขึ้น เนื่องจาก 1) เกิดช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างเม็ดดิน ช่วยระบายน้ำและอากาศ 2) ความแข็งของมวลดินลดลง เนื่องจากแรงยึดเหนียวระหว่างเม็ดดินจะต่ำกว่าแรงยึดเหนียวระหว่างอนุภาคเดี่ยวภายในเม็ดดิน การส่งผ่านน้ำและอากาศ ในดินเนื้อละเอียดที่มีโครงสร้างจะดำเนิน ได้ดี โดยอาศัยช่องขนาดใหญ่ ในขณะที่ความสามารถในการอุ้มน้ำยังคงมีค่าสูง และการกระจายของรากเป็นไปได้ง่ายเพราะดินมีความแข็งน้อยลง

การจำแนกโครงสร้างดิน (classification of soil structure) โครงสร้างดิน หมายถึง การจับตัวเป็นเม็ดของอนุภาคเดี่ยวโดยกลไกธรรมชาติ เม็ดดินที่ได้เรียกว่า หน่วยโครงสร้าง (structural unit) หรือ ped ซึ่งมีรูปร่างและขนาดแตกต่างกัน การจำแนกโครงสร้างดินอาศัยสมบัติดังนี้ 1) ประเภท (type) คือ รูปร่างที่ปรากฏของเม็ดดินว่าเป็นประเภทใด 2) ขนาด (size) คือ ขนาดของหน่วยโครงสร้างที่ตรวจพบในดิน 3) ระดับ (grade) คือ ความชัดเจนของหน่วยโครงสร้างเมื่อมองด้วยตา และความแข็งแรงของเม็ดดินที่ถูกกระทบ

1) ประเภทของโครงสร้างดิน (type of soil structure) 1) ประเภทของโครงสร้างดิน (type of soil structure) - โครงสร้างแบบก้อนกลม (granular หรือ crumb structure) พบใน ดินชั้น A ขนาดเม็ดดินค่อนข้างเล็ก ทำให้เกิดช่องว่างขนาดใหญ่ - โครงสร้างแบบก้อนเหลี่ยม (blocky structure) พบในดินชั้น B ขนาดเม็ดดินปานกลาง น้ำและอากาศผ่านได้ปานกลาง - โครงสร้างแบบแผ่น (platy structure) พบในดินที่มีการอัดตัวโดย เครื่องจักรกล ขัดขวางการไหลซึมของน้ำและการระบายอากาศ - โครงสร้างแบบแท่ง (prism-like structure) พบในดินชั้น B บาง ชนิด ขนาดเม็ดดินใหญ่ น้ำซึมผ่านได้ปานกลาง-ค่อนข้างต่ำ - ดินไม่มีโครงสร้าง (structureless) - อนุภาคเดี่ยว (single grain) พวกดินทราย (sandy soil) - ก้อนทึบ (massive) พวกดินเนื้อละเอียด เช่น ดินนาที่ผ่านการ ทำเทือก (puddle) มาใหม่ๆ

ประเภทของโครงสร้างดิน (type of soil structure)

2) ขนาดของเม็ดดิน (size of soil aggregates) ข้อพิจารณาในการกำหนดขนาดของเม็ดดินตามมาตรฐานของ USDA - หน่วยโครงสร้างรูปร่างต่างกัน - รูปร่างทรงกลมและก้อนเหลี่ยม ใช้เส้นผ่าศูนย์กลางของ หน่วยโครงสร้าง - รูปร่างแผ่น ใช้ความหนาของหน่วยโครงสร้าง - รูปร่างแท่ง ใช้เส้นผ่านศูนย์กลางภาคตัดขวางของหน่วย โครงสร้าง - ชั้นขนาด (size class) เดียวกันของหน่วยโครงสร้างที่มีรูปร่าง แตกต่างกัน จะมีขนาดที่วัดได้แตกต่างกัน

การจำแนกขนาดของช่องในดิน ชั้นขนาด (size class) เส้นผ่าศูนย์กลาง ของก้อนกลม (มม.) ของก้อนเหลี่ยม ความหนา ของแผ่น ของแท่ง เล็กมาก (very fine) <1 <5 <10 เล็ก (fine) 1-2 5-10 10-20 ปานกลาง (medium) 2-5 20-50 หยาบ (coarse) 50-100 หยาบมาก (very coarse) >10 >50 >100

3) ชั้นคุณภาพหรือระดับของโครงสร้าง (grade of soil aggregates) แบ่งเป็น 4 ประเภท ดังนี้ - ไม่มีโครงสร้าง (structureless) อนุภาคเดี่ยวอาจไม่จับตัวเป็นเม็ดหรือ จับตัวกันเป็นพืด - โครงสร้างอ่อนแอ (weak) หน่วยโครงสร้างสังเกตพบได้ยาก - โครงสร้างแข็งแรงปานกลาง (moderate) หน่วยโครงสร้างสังเกตพบ ได้ง่าย - โครงสร้างแข็งแรง (strong) หน่วยโครงสร้างเห็นได้ชัดเจนใน หน้าตัดดิน

การเกิดโครงสร้างดิน (formation of soil structure) การเกิดโครงสร้างดิน ประกอบด้วยกระบวนการ 2 ขั้นตอน คือ 1) การเกาะกลุ่มของอนุภาคเดี่ยวเป็นกลุ่มก้อนอย่างหลวมๆ (loose aggregate) ได้แก่ - ดินมีความชื้นสูง เนื้อดินมี clay มาก และสารละลายดินเป็นแคต ไอออนวาเลนซีสูง เช่น Ca+2 และ Mg+2 ดินมีโอกาสจับกลุ่มกัน (flocculation) - การเปียกและแห้งของดิน ทำให้ดินมีการขยายและหดปริมาตร เมื่อ เวลานานๆ อนุภาคดินจะเกาะกลุ่มกันหลวมๆ ได้

- พฤติกรรมของรากพืช ได้แก่ การชอนไชของรากผลักดันอนุภาคดิน - พฤติกรรมของรากพืช ได้แก่ การชอนไชของรากผลักดันอนุภาคดิน โดยรอบ พฤติกรรมพันกัน (tangle) ของพืชตระกูลหญ้า และการขับ สารเหนียวออกมาเชื่อมอนุภาคดิน - พฤติกรรมของสัตว์ในดิน เช่น การชอนไชและถ่ายมูลดินของไส้เดือน - พฤติกรรมของจุลินทรีย์ดิน เช่น การงอกและแผ่กระจุกใย (mycelium) ของรา และการย่อยสลายซากพืชเป็นฮิวมัส 2) การเชื่อมยึดอนุภาคดินที่เกาะกลุ่มกันหลวมๆ เป็นเม็ดดินที่ถาวร (cementation) ได้แก่ - สารอินทรีย์และฮิวมัส เกาะกับผิวอนุภาคดินด้วยพันธะเคมี - ออกไซด์ของเหล็กและอะลูมินัม ได้แก่ การดูดยึดอนุภาคดินด้วยแรง ไฟฟ้าสถิตย์ และการตกตะกอนตรงจุดสัมผัสของอนุภาค - การเป็นสารเชื่อมยึด ของอนุภาคดินเหนียว

ความร่วนเหนียวของดิน (soil consistence) และ กายภาพสมบูรณ์ของดิน (soil tilth) ความร่วนเหนียว หมายถึง พฤติกรรมของดินที่ตอบสนองต่อแรงกระทำจากภายนอก ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงในแต่ละระดับความชื้น การประเมินจึงทำการวัดในหลายระดับความชื้น คือ 1) ดินเปียก (wet soil) ขณะดินมีระดับความชื้นสูงใกล้เคียงจุดอิ่มตัวด้วยน้ำ จะประเมินสภาพพลาสติก (plasticity) และความเหนียว (stickiness) 2) ดินชื้น (moist soil) ขณะดินมีระดับความชื้นปานกลาง จะประเมินความร่วนซุย (friability) ของก้อนดิน 3) ดินแห้ง (dry soil) สภาพ air-dry จะทดสอบความแข็ง (hardness)

การจำแนกชั้นความร่วนเหนียวของดินในระดับความชื้นต่างๆ ดินเปียก ดินชื้น ดินแห้ง สภาพพลาสติก (plasticity) ความเหนียว (stickiness) สภาพร่วนซุย (friability) ความแข็ง (hardness) Nonplastic Nonsticky Loose Slightly plastic Slightly sticky Very friable Soft Plastic Sticky Friable Slightly hard Very plastic Very sticky Firm Hard - Very firm Very hard Extremely firm

กายภาพสมบูรณ์ของดินหรือความโปร่งซุย หมายถึง ความเหมาะสมทางกายภาพของดินสำหรับการผลิตพืช ได้แก่ 1) ความง่ายต่อการไถพรวน 2) ขนาดของเม็ดดินที่เหมาะสมต่อการหยอดเมล็ด 3) ความง่ายในการงอกพ้นพื้นของต้นกล้า และการแพร่กระจายรากพืช 4) สภาพให้ซึมได้ (permeability) ของดินต่อน้ำและอากาศ

โครงสร้างที่ไม่พึงประสงค์ (undesired soil structures) โครงสร้างที่ไม่พึงประสงค์ เกิดจากการปฏิบัติที่ไม่เหมาะสมต่อดิน ดังนี้ 1) โครงสร้างถูกทำลาย (destroyed structure) ได้แก่ การเหยียบย่ำดินโดยเครื่องจักร การไถและพรวนที่มากเกินไป 2) สภาพเหลวเละเป็นเทือก (puddling) และการเกิดดินก้อนใหญ่ (clod) เป็นการไถพรวนดินขณะที่ดินมีความชื้นสูงเกินทำให้เกิดสภาพเหลว เมื่อดินแห้งจะแข็งตัวเป็นก้อนแน่นทึบมาก 3) แผ่นแข็งปิดผิว (surface crust หรือ soil seal) การไถพรวนเตรียมดินเพื่อหยอดเมล็ด ทำให้ไม่มีสิ่งปกคลุม ถูกแรงกระแทกของเม็ดฝนได้ง่าย

4) ชั้นดินแข็งชนิดต่างๆ ในหน้าตัดดิน (soil pans) เมื่ออยู่ใต้ชั้นไถพรวน จะยับยั้งการกระจายรากลงสู่ดินชั้นล่าง และการไหลซึมของน้ำ - ชั้นดานไถพรวน (plowpans) เกิดจากการกดทับของเครื่องจักรและ อุปกรณ์เตรียมดิน ที่ดำเนินติดต่อกันเป็นเวลานาน - ชั้นดานดินเหนียว (claypans) เกิดจากการชะละลายดินเหนียวไป สะสมชั้นดินล่างโดยน้ำมากจนกลายเป็นชั้นดินเหนียวแน่นทึบ - ชั้นดานเปราะ (fragipans) เกิดจากการสะสมดินเหนียวในชั้นดินล่าง มีลักษณะแข็งและกรอบแตกหักง่ายกว่าชั้นดานดินเหนียว - ชั้นศิลาแลงอ่อน (plinthite) ชั้นศิลาแลง (laterite) ที่สร้างตัวขึ้นในดิน ชั้นล่างของดินเขตร้อน จากอิทธิพลของเหล็กและอะลูมินัมออกไซด์ - ชั้นคาลิเช (caliche) เป็นการเชื่อมยึดอนุภาคดินให้ติดกันด้วยสารเคมี บางชนิด เช่น CaCO3

สีดิน (soil color) สีดิน เป็นสมบัติทางกายภาพที่มองเห็นได้ง่าย ตามปกติอนุภาคแร่ในดินมักไม่มีสีหรือมีสีจาง ยกเว้นแร่สีเข้มบางชนิด ดังนั้นสีดินจึงมักผันแปรไปตามสภาพและองค์ประกอบอื่นๆ ของดิน เช่น ปริมาณของอินทรียวัตถุ และออกไซด์ของเหล็ก

ความสัมพันธ์ของสีดินกับองค์ประกอบและกระบวนการที่เกิดขึ้นในดิน (soil color in relation to soil composition and processes) 1) ดินสีน้ำตาลเข้มหรือสีดำ มักเกิดจากปริมาณอินทรียวัตถุและสีของแร่ต้นกำเนิดที่มีสีเข้ม เช่น หินภูเขาไฟ 2) ดินสีขาวหรือสีเทาอ่อน อาจเป็นดินปนทราย มีกระบวนการซึมชะ (elluviation) หรือเกิดจากการสะสมของปูนและยิปซัม 3) ดินสีเหลืองหรือแดง เกิดจากอิทธิพลของเหล็กออกไซด์ 4) ดินสีเทาปนน้ำเงิน เกิดจากอิทธิพลของเหล็กในสภาพขาดออกซิเจน 5) ดินสีประ (mottle colors) ดินน้ำขังที่บางส่วนยังมีออกซิเจนอยู่บ้างทำให้เกิดสีของเหล็กออกไซด์เป็นจุดประ

การใช้สีดินเป็นแนวทางใช้ประโยชน์ดิน (color as a guide to soil use) สีดิน อาจใช้พิจารณาแนวทางการใช้ประโยชน์ที่ดินได้ แต่เป็นการตีความโดยทั่วไป เพราะการใช้ประโยชน์ที่ดินอย่างเหมาะสมยังขึ้นกับปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการ 1) ดินสีขาวหรือสีจาง มักเป็นดินที่มีความอุดมสมบูรณ์ต่ำ ถ้าเป็นดินทราย จะง่ายต่อการทำงาน การระบายน้ำดีเกินไป 2) ดินสีคล้ำ มักเป็นดินที่มีความอุดมสมบูรณ์สูง ถ้าเป็นที่ลุ่มต้องเตรียมการระบายน้ำ 3) ดินสีเหลืองหรือแดง มักเป็นดินที่มีความอุดมสมบูรณ์ต่ำ การระบายน้ำดี-ดีมาก

การบรรยายสีดิน (describing soil color) การบรรยายสีดิน จะใช้รหัสสีดินของระบบมันเซลล์ (Munsell system) ประกอบด้วยตัวเลข 3 ชุด เขียนเป็นลำดับแน่นอน คือ Hue Value/Chroma 1) สีสัน (hue) คือ สีดั้งเดิม (primary color) หรือสีของแสงอาทิตย์ในช่วงที่ตามองเห็น (visible light) 2) ค่าสี (value) คือ ความจาง (lightness) ของสี 3) ค่ารงค์ (chroma) คือ ความบริสุทธิ์ (purity) หรือความเข้ม (intensity) หรือความแรง (strength) ของสีดั้งเดิม ตัวอย่างเช่น 10YR5/3 10YR คือ ค่าสีสัน 5 คือ ค่าสี 3 คือ ค่ารงค์

จบการสอนบทที่ 3