132 351 Soil Fertility and Plant Nutrition ความอุดมสมบูรณ์ของดินและโภชนาการพืช อาจารย์ผู้สอน ศ. ดร. ปัทมา วิตยากร แรมโบ

โพแทสเซียม (Potassium)

ธาตุโพแทสเซียม (Potassium - K) โพแทสเซียม (K) เป็นธาตุอาหารหลักอีกตัวหนึ่งที่พืชต้องการในปริมาณมาก นับเป็นธาตุอาหารที่มีประจุบวก (แคทไอออน) ที่พืชดูดใช้เป็นปริมาณมากที่สุดในบรรดาแคทไอออนต่าง ๆ ความแตกต่างของ K จากธาตุอาหารหลักสองตัวแรก (N และ P) คือ K ไม่เป็นส่วนประกอบของโครงสร้างของเนื้อเยื่อพืชดังเช่นที่ N เป็นส่วนประกอบของโปรตีน และ P เป็นส่วนประกอบของกรดนิวคลีอิก แต่ K มีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางสรีรวิทยาและชีวเคมีในพืช นับตั้งแต่การสังเคราะห์แสง การหายใจ การลำเลียงสารประกอบที่ได้จากการสังเคราะห์แสง การสร้างโปรตีนและน้ำมันในพืช และมีบทบาทในการคาตาไลซิสของเอนไซม์ต่าง ๆ ดังนั้นหากพืชขาด K จะทำให้การเจริญเติบโตและผลผลิตลดลง 3 3

ธาตุโพแทสเซียม (ต่อ) นอกจากนี้ K ยังมีอิทธิพลต่อโครงสร้างระดับอวัยวะพืชและเซลพืช เช่น เพิ่มการสร้างผนังเซล (cell wall) ทำให้พืชต้านทานโรคดีขึ้น และช่วยเพิ่มเซลที่เก็บสำรองอาหารที่สังเคราะห์ (แป้งและน้ำตาล) ในเมล็ดธัญพืช เป็นต้น K ได้รับสมญาว่าเป็น “ธาตุอาหารแห่งคุณภาพ” ในการผลิตพืช เนื่องจากบทบาทต่าง ๆ ของ K ดังที่กล่าวมาข้างต้น เช่น K เพิ่มการสังเคราะห์โปรตีนและเพิ่มคุณภาพโปรตีนในพืช ช่วยทำให้เมล็ดมีคุณภาพดีขึ้นเพราะ K มีบทบาทในการลำเลียงอาหารที่ได้จากการสังเคราะห์แสง K มีบทบาทในการทำให้ผลผลิตสอดคล้องกับความต้องการของตลาด เช่น ผลมีขนาดใหญ่ขึ้น มีรสชาติดีขึ้น (เช่น สับปะรด) มีปริมาณน้ำตาลมากขึ้น (อ้อย) และพืชน้ำมันมีปริมาณน้ำมันมากขึ้น เป็นต้น 4 4

แหล่งธรรมชาติ แหล่งธรรมชาติของโพแทสเซียมในโลกและการปลดปล่อยสู่ปฐพีภาค โพแทสเซียม (K) ในดินได้มาจากหินและแร่ของเปลือกโลกเป็นหลัก ดังนั้นการสลายตัวของแร่ปฐมภูมิ ซึ่งดำเนินไปในกระบวนการกำเนิดดิน จึงเป็นกระบวนการหลักที่ให้ K แก่ดิน แหล่งธรรมชาติ โพแทสเซียมเป็นธาตุหลักในธรณีภาค (lithosphere) โดยมีปริมาณโดยเฉลี่ย 1.58% แต่ K ที่เป็นองค์ประกอบของหินสำคัญต่างๆ มีความแตกต่างกันมาก ในหินอัคนี K จะลดลงจากหินกรด (acid rocks) ไปยังหินด่าง (ultrabasic rocks) ส่วนในหินตะกอน มักมี K มากในหินดินดาน (shales) นอกจากนี้ ดินที่เกิดจากการสะสมของสารลมหอบ (loessial deposits) จะมีสำรองของ K ค่อนข้างมาก 5 5

การสลายตัวของแร่ปฐมภูมิและปลดปล่อยโพแทสเซียม การสลายตัวของแร่ปฐมภูมิเฟลด์สปาร์ทำให้เกิดการปลดปล่อย K ปฏิกิริยาหลักที่ทำให้เฟลด์สปาร์สลายตัวคือ ไฮโดรไลซิส (hydrolysis) ในดินเขตร้อน KAlSi3O8 + H2O  2K+ + 2OH- + 4Si(OH)4 + Si2O5Al2(OH)4 สารละลาย คาโอลิไนต์ (kaolinite) ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสในดินเขตร้อนอาจเป็นปฏิกิริยาที่เกิดอย่างเต็มที่ ทำให้ได้กิบไซต์ตกตะกอนออกมา ซิลิกาถูกทำละลาย และมีการปลดปล่อย K+ หรืออาจเป็นปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสที่เกิดเป็นบางส่วนทำให้เกิดแร่ดินเหนียว layer silicates เช่น คาโอลิไนต์หรือมอนโมริลโลไนต์ ซิลิกาที่ละลายน้ำ และ K+ 6 6

รูปและปริมาณของโพแทสเซียมในดิน โพแทสเซียมที่ดินได้รับจากการสลายตัวของแร่ปฐมภูมิอยู่ในหลายรูปในดิน ได้แก่ - รูปที่ละลายน้ำในสารละลายดิน - รูปที่แลกเปลี่ยนได้ ได้แก่ รูปที่ถูกดูดยึดบนผิวคอลลอยด์ดินที่มีประจุลบ ได้แก่ ประจุลบถาวร หรือถูกดูดยึดบนผิวคอลลอยด์ดินที่มีประจุผันแปร เช่น คอลลอยด์ดินส่วนที่เป็นอินทรียวัตถุ - รูปที่ถูกตรึง หรือรูปที่แลกเปลี่ยนไม่ได้ เป็นรูปที่ถูกดูดยึดอย่างแข็งแรงไม่สามารถูกแลกเปลี่ยนโดยแคทไอออนอื่นได้ คำว่า การตรึง (fixation) หมายถึง การเปลี่ยนรูป K จากรูปในสารละลายดินหรือรูปแลกเปลี่ยนได้เป็นรูปที่แลกเปลี่ยนไม่ได้ ได้แก่ รูปที่อยู่ในช่องว่างระหว่างชั้นของแร่ดินเหนียว 2:1 หรือในตำแหน่ง i (inner position) 7 7

ระบบคอลลอยด์ดินที่สัมพันธ์กับรูปต่างๆ ของโพแทสเซียม สารละลายดิน 1 µm คอลลอยด์ดิน K+

ตำแหน่งของการดูดยึดโพแทสเซียมบนแร่ดินเหนียวประเภท 2:1 9 9

ตำแหน่งของการตรึงโพแทสเซียมในแร่ดินเหนียวประเภท 2:1 10 10

11 11

K ที่แลกเปลี่ยนได้ (exchangeable K) K ในสารละลายดิน (solution K) สมดุลของโพแทสเซียมรูปต่าง ๆ ในปฐพีภาค K ในดิน (หรือระบบคอลลอยด์ดิน) 3 รูปหลัก อยู่ในสมดุลซึ่งกันและกัน และปัจจัยที่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลง K (การได้รับและการสูญเสีย K) รูปต่าง ๆ ซึ่งจะเห็นว่า K ในสารละลายดิน (K in soil solution) จะได้รับอิทธิพลจากปัจจัยนำเข้าและปัจจัยที่ทำให้สูญเสียมากที่สุด K ที่ถูกตรึง (fixed K) K ที่แลกเปลี่ยนได้ (exchangeable K) K ในสารละลายดิน (solution K) 12 12

โพแทสเซียมในสารละลายดินและส่วนที่ถูกชะล้าง โพแทสเซียมจากแร่ การสลายตัวและปลดปล่อย K โดยแร่ปฐมภูมิ รวมทั้งการดูดยึดและการปลดปล่อย K โดยแร่ทุติยภูมิได้กล่าวในรายละเอียดไปแล้วในตอนข้างต้น แร่ทุติยภูมิ ได้แก่ แร่ดินเหนียว มีบทบาทสำคัญในการรักษาสมดุลของรูปต่าง ๆ ของ K ในดิน หลังจากที่ K ถูกปลดปล่อยจากแร่ปฐมภูมิแล้ว โพแทสเซียมในสารละลายดินและส่วนที่ถูกชะล้าง โพแทสเซียมรูปในสารละลายดินได้มาจากการสลายตัวของแร่ปฐมภูมิ ซึ่งมีกลไกที่สำคัญคือ การละลาย (dissolution) หรือการแพร่ (diffusion) แต่โดยทั่วไปแล้วปัจจัยที่ควบคุมความเข้มข้นของ K คือ แร่ดินเหนียว ซึ่งเป็นแร่ทุติยภูมิ และอินทรียวัตถุ 13 13

โพแทสเซียมในดินที่ถูกกร่อน (erosion) และน้ำไหลบ่า ข้อมูลเกี่ยวกับการสูญเสีย K จากการกร่อนของดินและน้ำไหลบ่ามี ไม่มาก ในเขตอบอุ่น Lipman และ Conybeare พบว่าการสูญเสีย K จากการกร่อนของดินโดยน้ำกัดเซาะในพื้นที่เพาะปลูกในสหรัฐมีมากกว่า 150 กก.ต่อเฮ็กตาร์ต่อปี ในเขตร้อนชื้น Fukui และคณะ (1983) ศึกษาการกร่อนของดินป่าไม้บนที่สูงชันที่ป่าถูกแผ้วถางไปเพื่อทำการเกษตร ในเขตน้ำพรม จังหวัดชัยภูมิ พบว่ามีการสูญเสีย K จากการกร่อนดินในช่วงการปลูกพืชหลังจากเผาป่าถึง 233 กก.ต่อเฮ็กตาร์ ซึ่งนับเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการสูญเสียธาตุอาหาร การศึกษาการกร่อนดิน และการสูญเสียธาตุอาหารในพื้นที่ลาดเอียง (10%) ในดินทราย อำเภอภูเวียง จังหวัดขอนแก่น แสดงให้เห็นว่า K เป็นธาตุอาหารที่สูญเสียมากที่สุดในส่วนที่เป็นตะกอนดิน (sediments) 14 14

โพแทสเซียมในสารอินทรีย์ โพแทสเซียมในพืช โพแทสเซียมเป็นไอออนบวกที่พืชดูดใช้มากที่สุด ความต้องการ K อยู่ในช่วง 10-50 กก.ต่อเฮ็กตาร์ต่อปี โพแทสเซียมในสารอินทรีย์ แหล่งของโพแทสเซียมที่เป็นสารอินทรีย์มีมากมาย และการใช้สารอินทรีย์เป็นแหล่งให้ K มักมีมากในประเทศที่ยังมีเกษตรกรรมเป็นหลัก ส่วนในประเทศเกษตรอุตสาหกรรมการใช้สารอินทรีย์ลดลง ประเทศจีนนับเป็นประเทศหนึ่งที่มีการใช้สารอินทรีย์ในการเกษตรอย่างมาก สำหรับ K สามารถกล่าวได้ว่าแหล่งอินทรีย์ให้ K ที่ต้องการเกือบทั้งหมด แหล่งที่สำคัญในประเทศจีนได้แก่ ปุ๋ยคอก โดยเฉพาะจากสุกร 15 15

เอกสารอ้างอิงและอ่านเพิ่มเติม ปัทมา วิตยากร. 2547. ความอุดมสมบูรณ์ของดินขั้นสูง. ภาควิชา ทรัพยากรที่ดินและสิ่งแวดล้อม คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น. 423 หน้า. 16 16