ความอุดมสมบูรณ์ของดินกับการเจริญเติบโตของพืช

ปัจจัยในการเจริญเติบโตของพืช พันธุกรรม สิ่งแวดล้อม

ตัวอย่างผลผลิตข้าวในญี่ปุ่น

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม โรค วัชพืช แมลงศัตรูพืช น้ำ ธาตุอาหาร แสงแดด อากาศ (CO2) อุณหภูมิ สารพิษ

ธาตุอาหารพืช ธาตุอาหารที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืชชั้นสูงทุกชนิดมี 16 ธาตุ แบ่งเป็น 2 กลุ่ม คือ 1. ธาตุอาหารที่พืชได้จากน้ำและอากาศ Carbon (C) Hydrogen (H) Oxygen (O)

ธาตุอาหารพืช 2. พืชได้จากดิน Nitrogen (N) Phosphorus (P) Potassium (K) Iron (Fe) Manganese (Mn) Copper (Cu) Zinc (Zn) Boron (B) Molybdenum (Mo) Chlorine (Cl) Nickel (Ni) Nitrogen (N) Phosphorus (P) Potassium (K) Calcium (Ca) Magnesium (Mg) Sulfer (S)

ธาตุอื่นที่พืชบางชนิดต้องการ Cobalt (Co) เป็นธาตุที่จำเป็นสำหรับจุลินทร์ที่ปมรากของพืชตระกูลถั่ว เพื่อสร้าง enzymeสำหรับตรึงไนโตรเจน Silicon (Si) จำเป็นสำหรับ ข้าว ข้าวโพด และพืชตระกูลหญ้า ช่วยให้เซลล์พืชแข็งแรง และต้านทานโรค

ความเข้มข้นของธาตุอาหารในพืช ธาตุ Mole (mmol/kg dry wt.) Weight (dry wt.) H 600,000 6.0% C 40,000 45.0% O 30,000 45.0% N 1,000 1.5% K 250 1.0% Ca 125 0.5% Mg 80 0.2% P 60 0.2% S 30 0.1%

ความเข้มข้นของธาตุอาหารในพืช ธาตุ Mole (mmol/kg dry wt.) Weight (dry wt.) Cl 3.0 100 mg/kg B 2.0 20 mg/kg Fe 2.0 100 mg/kg Mn 1.0 50 mg/kg Zn 0.3 20 mg/kg Cu 0.1 6 mg/kg Mo 0.001 0.1 mg/kg

ประเภทของธาตุอาหาร 1. มหธาตุ (macronutrient) หมายถึงธาตุอาหารที่พืชต้องการในปริมาณมาก โดยทั่วไปมีในพืชมากกว่า 500 mg/kg โดยน้ำหนักแห้ง มหธาตุแบ่งเป็น 2 กลุ่มย่อย ดังนี้

ประเภทของธาตุอาหาร 1.2 ธาตุอาหารหลัก (primary nutrient) มี 6 ธาตุ คือ C, H, O, N, P, และ K พืชได้รับ C, H, และ O จากอากาศและน้ำ ส่วน N, P, และ K พืชได้รับจากดิน ซึ่งดินโดยทั่วไปมีไม่เพียงพอ จึงมักจำเป็นต้องเพิ่มให้กับพืชในรูปของปุ๋ย ด้วยเหตุนี้ธาตุ N,P, K จึงเรียกว่าธาตุปุ๋ย (fertilizer element)

ประเภทของธาตุอาหาร 1.2 ธาตุอาหารรอง (secondary nutrient) มี 3 ธาตุ คือ Ca, Mg, และS ปริมาณที่พืชต้องการใกล้เคียงหรือมากกว่า P เหตุที่จัดเป็นธาตุอาหารรองเพราะในดินโดยทั่วไปมักมีเพียงพอกับความต้องการของพืช

ประเภทของธาตุอาหาร 2. จุลธาตุ (micronutrient) หมายถึงธาตุที่พืชต้องการเพียงเล็กน้อย โดยทั่วไปพบในพืชน้อยกว่า 500 mg/kg ธาตุเหล่านี้ได้แก่ Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, และ Cl บางครั้งเรียกธาตุเหล่านี้ว่า ธาตุอาหารเสริม เนื่องจากต้องให้เสริมจากธาตุอาหารหลัก

การดูดธาตุอาหารไปใช้ พืชดูดธาตุอาหารไปใช้ 2 ทาง คือ 1. ทางปากใบ (stomata) พืชได้รับ C และ O ในรูป CO2, และ O2 2. ทางราก (root) พืชได้รับธาตุอาหารอื่นที่เหลือในรูปน้ำ (H2O)และไอออนต่างๆ ที่ละลายในสาลละลายดิน

ไอออนที่พืชดูดไปใช้ Nutrient Available form N NH4+, NO3- P H2PO4-, HPO42- K K+ Ca Ca2+ Mg Mg2+ S SO42-

ไอออนที่พืชดูดไปใช้้ Nutrient Available form Fe Fe2+, Fe3+ Mn Mn2+ Cu Cu2+ Zn Zn2+ B H3BO3, H2BO3- Cl Cl- Mo MoO4-

การเคลื่อนย้ายธาตุอาหารจากดินสู่ราก พืชสามารถนำธาตุอาหารที่อยู่ในดินไปใช้ได้เฉพาะเมื่อธาตุเหล่านั้นละลายอยู่ในสารละลายดิน โดยการยืดยาวของรากพืชไปยังแหล่งธาตุอาหาร หรือโดยธาตุอาหารในสารละลายดินเคลื่อนที่เข้าหารากพืช

การเคลื่อนย้ายธาตุอาหารจากดินสู่ราก ธาตุอาหารในดินเคลื่อนที่เข้าหารากพืชได้ 2 วิธี คือ Mass flow หมายถึงการเคลื่อนย้ายไอออนต่างๆ ไปยังรากพร้อมกับน้ำ Diffusion หมายถึงการเคลื่อนที่ของไอออนจากที่ที่มีความเข้มข้นสูงไปยังต่ำ

การเคลื่อนย้ายธาตุอาหารจากดินสู่ราก ธาตุอาหารที่อยู่ในรูปแคทไอออน (ไอออนบวก) และถูกดูดซับอยู่ที่ผิวอนุภาคดิน รากพืชจะปลดปล่อย H+ ออกมาเพื่อแลกเปลี่ยนไอออน ทำให้แคทไอออนเคลื่อนที่มาอยู่ในสารละลาย

การเคลื่อนย้ายธาตุอาหารจากดินสู่ราก ธาตุอาหารที่อยู่ในรูปแอนไอออน (ไอออนลบ) และถูกดูดซับอยู่ที่ผิวอนุภาคดิน รากพืชจะปลดปล่อย HCO3- ออกมาเพื่อแลกเปลี่ยนไอออน ทำให้แอนไอออนเคลื่อนที่มาอยู่ในสารละลาย

การเคลื่อนย้ายธาตุอาหารจากดินสู่ราก นอกจาก H+ และ HCO3- แล้ว พืชบางชนิดยังสามารถปลดปล่อยสารชนิดอื่นออกมา ทำให้พืชแต่ละชนิดมีความสามารถดูดซับธาตุอาหารได้แตกต่างกันออกไป

การเคลื่อนย้ายธาตุอาหารจากดินสู่ราก ธาตุอาหาร (ไอออน) ในสารละลายดินเคลื่อนที่เข้าสู่รากพืชได้ 3 วิธี คือ Simple diffusion Facilitated diffusion Active transport

Simple diffusion Simple diffusion หมายถึงการเคลื่อนที่ของสารเนื่องจากความแตกต่างของความเข้มข้นจากความเข้มข้นมากไปหาความเข้มข้นน้อย การเคลื่อนที่แบบนี้พบเฉพาะ CO2 O2 และ NH3 เท่านั้น อัตราการเคลื่อนที่เป็นไปตาม Fick’s Law

Fick’s Law J = PA(C0 - Ci) J = ความเร็วของสารที่เคลื่อนที่ผ่าน cell membrane (mole/sec) P = permeability coefficient (cm/sec) A = พื้นที่ cell membrane (cm2) C0 = ความเข้มข้นนอก cell Ci = ความเข้มข้นใน cell

Facilitated diffusion Facilitated diffusion หมายถึงการเคลื่อนที่ของสารตามความแตกต่างของ chemical potential (สารที่ไม่มีประจุ) และ electro- chemical potential (สารที่มีประจุ) ผ่านเข้าสู่เซลล์ทาง channel protein หรือ carrier protein

Active transport Active transport หมายถึงการเคลื่อนที่ของธาตุอาหารเข้าสู่เซลล์ผ่านทาง carrier protein โดยเซลล์ต้องใช้พลังงานในการเคลื่อนย้ายธาตุอาหาร การลำเลียงธาตุอาหารแบบนี้ทำให้ความเข้มข้นของธาตุอาหารภายในเซลล์สูงกว่าภายนอกเซลล์

การเคลื่อนย้ายธาตุอาหารจากดินสู่ราก

การเคลื่อนย้ายธาตุอาหารภายในราก

ธาตุอาหารกับการเจริญเติบโตและการให้ผลผลิต 100 Deficiency Optimal Toxicity Relative growth (%) Nutrient concentration

บทบาทของธาตุอาหารต่อการเจริญเติบโต เป็นองค์ประกอบของเนื้อเยื่อพืช เช่น C, H, O, N, P, S, Ca และ Mg ควบคุมการทำงานของ enzyme เช่น K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, และ Mo

บทบาทของธาตุอาหารต่อการเจริญเติบโต เป็นตัวควบคุมแรงดันและสมดุลทางไฟฟ้าเคมีภายในเซลล์ เช่น K และ Cl เกี่ยวข้องกับปฏิกริยา Redox เช่น Fe, Mn, Cu, และ Mo

ธาตุอาหารกับการเจริญเติบโตของพืช