ดาวน์โหลดงานนำเสนอ
งานนำเสนอกำลังจะดาวน์โหลด โปรดรอ
1
122 351/132351 Soil Fertility and Plant Nutrition
ความอุดมสมบูรณ์ของดินและโภชนาการพืช อาจารย์ผู้สอน ศ. ดร. ปัทมา วิตยากร แรมโบ
2
จุลธาตุในดิน Micronutrients (trace elements)
3
จุลธาตุในดิน จุลธาตุ คือ ธาตุอาหารที่พืชต้องการในปริมาณน้อย จุลธาตุสำหรับพืชที่มีการศึกษากันมากมี 6 ตัวได้แก่ เหล็ก (iron - Fe) แมงกานีส (manganese - Mn) - ทองแดง (copper - Cu) สังกะสี (zinc - Zn) โบรอน (boron - B) โมลิบเดนัม (molybdenum - Mo) อย่างไรก็ตามมีจุลธาตุตัวอื่น ๆ ที่มีการศึกษากันน้อยกว่าแต่เป็นธาตุที่มีหลักฐานว่าพืชต้องการได้แก่ คลอรีน (chlorine - Cl) โคบอลต์ (cobalt - Co) และ นิเกิล (nickel - Ni) 3 3
4
Micronutrient : Cations
Fe functions in plants 1) จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์และรักษาสภาพของคลอโรฟิล 2) เป็นองค์ประกอบที่จำเป็นของเอนไซม์หลายชนิด 3) มีบทบาทสำคัญใน Metabolism ของ Nucleic acid ทำให้มีผลต่อ Na metabolism และ Chloroplasts ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ (สไลด์ประกอบการสอน )
5
Micronutrient : Cations
Mn functions in plants 1) เป็น Catalyst ใน Enzymatic reactions และ Physiological reactions หลายอย่าง เป็นองค์ประกอบของ Pyruvate carboxylase 2) มีส่วนร่วมในกระบวนการหายใจของพืช 3) กระตุ้นเอนไซม์ที่มีส่วนใน Metabolism ของไนโตรเจนและสังเคราะห์ คลอโรฟิลด์ 4) ควบคุม Redox potential ของเซลล์พืชในช่วงมืดและสว่าง ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ (สไลด์ประกอบการสอน )
6
Micronutrient : Cations
Cu functions in plants 1) เป็นองค์ประกอบของ Cytochrome oxidase และเป็นส่วนประกอบ ของเอนไซม์หลายอย่าง เช่น Ascorbic acid oxidase, Phenolase, Lactase 2) ส่งเสริมให้เกิดการสร้างวิตามิน A ของพืช 3) ช่วยในกระบวนการหายใจของพืช และทำให้พืชใช้เหล็กได้มากขึ้น 4) ทำหน้าที่เป็น electron carrier ในเอนไซม์ ซึ่งเป็นตัวทำให้เกิด Oxidation-reduction ในพืช ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ (สไลด์ประกอบการสอน )
7
Micronutrient : Cations
Zn functions in plants 1) มีส่วนร่วมใน Biosynthesis ของ Indole acetic acid 2) เป็นองค์ประกอบที่จำเป็นของ Metallo enzyme carbonic anhydrase, Alcohol dehydrogenase 3) มีบทบาทในการสังเคราะห์โปรตีน และกรดนิวคลีอิก 4) ช่วยให้พืชใช้ประโยชน์ P และ N ได้ดีขึ้น ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ (สไลด์ประกอบการสอน )
8
Micronutrient : Anions
B functions in plants มีผลต่อกิจกรรมของ Enzyme หลายประการ มีความสามารถในการเกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับ Polyhydroxy compound เพิ่มความสามารถในการซึมผ่านของ membrane และช่วยในการขนส่ง น้ำตาล มีส่วนร่วมในการสังเคราะห์ลิกนินและปฏิกิริยาอื่นๆ จำเป็นในการแบ่งเซลล์ มีความสัมพันธ์กับการดูดกิน Ca ของพืช มีความสำคัญในการสร้างโปรตีน ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ (สไลด์ประกอบการสอน )
9
Micronutrient : Anions
Mo functions in plants มีความสัมพันธ์กับการใช้ประโยชน์ N และ N2- fixation Rhizobia bacteria ต้องการใช้ในกระบวนการ N2- fixation เป็นองค์ประกอบของ Enzyme nitrate reductase และ Nitrogenase จำเป็นสำหรับกระบวนการสร้างคลอโรฟิล ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ (สไลด์ประกอบการสอน )
10
แหล่งธรรมชาติ ดินได้รับจุลธาตุจากสารต้นกำเนิดดินจากหินและแร่ที่เป็นสารต้นกำเนิดดิน ในหินที่เป็นสารต้นกำเนิดดิน จุลธาตุเป็นส่วนประกอบของแร่ประกอบหิน (แร่ปฐมภูมิ) ซึ่งเกิดจากลาวาที่ให้กำเนิดหินอัคนี (igneous rocks) ประมาณ 95% ของเปลือกโลกเป็นหินอัคนี ส่วนที่เหลือเป็นหินตะกอน (sedimentary rocks) ในพื้นที่เฉพาะบางแห่งดินอาจได้รับจุลธาตุเพิ่มจากกิจกรรมทางอุตสาหกรรมหรือการทำเหมืองแร่ ในพื้นที่การเกษตรดินอาจได้รับจุลธาตุจากการใส่ปุ๋ยเคมี เช่น ปุ๋ยฟอสเฟต ซึ่งมีจุลธาตุอยู่เล็กน้อย 10 10
11
รูปของจุลธาตุในดินที่เป็นไอออนต่างๆ
จุลธาตุเกิดอยู่ในรูปไอออนประจุบวกและประจุลบ ไอออนประจุบวก Cu2+ (Cu2+, CuOH+, Cu2(OH) 2+) Mn4+, MnO2 Mn2+ (Mn2+ – MnSO4, MnHCO3+, MnOH+) Fe3+ (Fe3+, FeOH2+, Fe(OH)2+ , Fe2(OH)2 4+) Fe2+ (Fe2+, FeOH+) Zn2+ (Zn2+, Zn(OH)+) อนุมูลประจุลบ Mo (MoO42-, HMoO4-) B (H2BO3-, B(OH)4-) และกรดไม่แตกตัว H3BO3
12
รูปของจุลธาตุในดิน (forms of micronutrients in soils)
รูปที่สัมพันธ์กับระบบคอลลอยด์ดิน 1. จุลธาตุรูปละลายน้ำในสารละลายดิน 2. จุลธาตุรูปที่แลกเปลี่ยนได้ (exchangeable form) 3. จุลธาตุรูปที่ถูกดูดยึดแบบจำเพาะ (specifically-adsorbed form) 4. รูปที่ถูกดูดยึดหรือทำปฏิกิริยาเป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับอินทรียวัตถุ (chelate complexes) 5. รูปที่ตกตะกอน (coprecipitation และ occlusion) 6. รูปที่อยู่ในแร่ปฐมภูมิและแร่ทุติยภูมิ (แร่ดินเหนียว) 12 12
13
สารละลายดิน 1 µm คอลลอยด์ดิน
ระบบคอลลอยด์ดินที่สัมพันธ์กับรูปต่างๆ ของจุลธาตุ รูปที่ถูกดูดยึด รูปในสารละลายดิน รูปที่อยู่ในแร่ รูปที่ตกตะกอน Fe - che รูปที่ทำปฏิกิริยากับ chelating agent สารละลายดิน 1 µm คอลลอยด์ดิน Mn - che Zn2+ Cu2+ Fe2+ Mn2+ H2BO3- MoO4- FeCO3 MnO2 CuFeS4 ZnCO3 B(OH)4- Fe(OH)3 H3BO30 MnCO3 Mn2O3 ZnFe2O4 ZnFe2O4 = franklinite FeCO3 = siderite MnO2 = pyrolusite CuFeS4 = bornite ZnCO3 = smithsonite Mn2O3 = bixbyite
14
สารประกอบชีวเคมีที่เป็นสารคีเลต (chelating agents)
สารประกอบชีวเคมีที่ทำปฏิกิริยาเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่เสถียรกับ จุลธาตุที่เป็นแคทไอออน หรืออีกนัยหนึ่งทำปฏิกิริยาจับยึดโลหะ แบ่งได้เป็น 2 กลุ่ม ได้แก่ ) สารประกอบชีวเคมีที่มีการจำแนกตามโครงสร้างทางชีวเคมีอย่างชัดเจน เช่น กรดอะมิโน กรดอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำต่าง ๆ ฟีนอลส์และกรดฟีนอลิกส์ และ กรดน้ำตาล (sugar acids) เช่น กรดกลูโคนิก (gluconic acid) และ กาแล็กเทอรอนิก (galacturonic acid) เป็นต้น 2) ส่วนประกอบของฮิวมัสที่เสถียร เช่น กรดฮิวมิก และกรดฟัลวิก สารประกอบชีวเคมีเหล่านี้มีความสำคัญเนื่องจากมีส่วนในการสร้างสารประกอบเชิงซ้อนกับจุลธาตุที่มีคุณสมบัติละลายน้ำ อย่างไรก็ตามสารประกอบเชิงซ้อนกับกรดฮิวมิกส่วนใหญ่ไม่ละลายน้ำ 14 14
15
คุณสมบัติของสารประกอบเชิงซ้อนโลหะคีเลต (metal chelate complexes)
สารประกอบที่มาทำปฏิกิริยากับไอออนโลหะเรามักเรียกว่า ลิแกนด์ (ligand) ตัวอย่างของปฏิกิริยาระหว่าง Cu กับกรดอะมิโนไกลซีน (glycine) ดังแสดงในสมการ (Stevenson, 1986) Cu H3N+ - CH2 - COO Cu H+ HCH - NH O - CO CO- O NH2- CH2 กรดอะมิโนไกลซีน 15 15
16
คุณสมบัติของสารประกอบเชิงซ้อนโลหะคีเลต (ต่อ)
นอกจากนี้ รากพืชยังขับสารที่มีกรดอินทรีย์อยู่หลายชนิด เช่น กรดซิทริก เป็นต้น ซึ่งกรดซิทริกทำปฏิกิริยาคีเลทกับ Fe กรดซิทริกจัดเป็นสารคีเลทแบบไบเดนเทต เพราะมีพันธะ 2 พันธะกับ Fe C OH2 Fe HOOC – CH2 H2C COOH O = C – O O 16 16
17
ดูดยึดกับแร่ดินเหนียว ในคอลลอยด์ดิน
วงจรของจุลธาตุในดิน สารคีเลตอินทรีย์ ซากอินทรีย์ รูปไม่ละลายน้ำ M+ n MChe (สารละลายดิน) เก็บเกี่ยวออกไป มวลชีวภาพ M+n CO2 สลายตัว leaching พืชดูดใช้ ดูดยึดกับแร่ดินเหนียว ในคอลลอยด์ดิน แร่ปฐมภูมิ 17 17
18
วงจรของจุลธาตุในดิน หากเราตั้งต้นวงจรโดยใช้ปริมาณจุลธาตุในสารละลายดินเป็นตัวตั้ง จะพบว่าปริมาณจุลธาตุตัวใดตัวหนึ่งที่อยู่ในรูปไอออนอิสระในสารละลายดินหรือในรูปสารประกอบเชิงซ้อนกับลิแกนด์อินทรีย์ (สารคีเลต) หรืออนินทรีย์ที่ละลายน้ำ ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ ที่มีอิทธิพลได้แก่ ปฏิกิริยาการตกตะกอน การเปลี่ยนรูปโดยกิจกรรมจุลินทรีย์ และ การดูดยึดที่ผิวแร่ดินเหนียวหรือแร่ออกไซด์ เมื่อซากพืชกลับคืนสู่ดินทำให้จุลธาตุถูกหมุนเวียนกลับมาใช้ใหม่ ซึ่งนับเป็นปัจจัยที่สำคัญมากในดินที่ขาดแคลนจุลธาตุ สารคีเลตที่จุลินทรีย์สร้างขึ้นหรือรากพืชขับออกมามีส่วนทำให้หินและแร่สลายตัว นอกจากนี้เมื่อทำปฏิกิริยาเป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับจุลธาตุ ช่วยในการเคลื่อนที่ของจุลธาตุไปยังราก 18 18
19
Fe Cycling in Plant-Soil System
Plant harvest Fe CHEMICAL FERTILIZER Run-off Plant residue Animal residue Plant uptake Primary and secondary Fe minerals Soil organic matter Dissolution Soil solution Precipitation Fe2+/3+ Fe2+/3+-Che Adsorbed or labile Fe+3/ Fe+2 Adsorption Mineralization Desorption Immobilization Mineralization Fe2+/3+ Microbial biomass Immobilization Leaching
20
Primary and secondary Zn minerals
Zn Cycling in Plant-Soil System Plant harvest Zn CHEMICAL FERTILIZER Run-off Plant residue Animal residue Plant uptake Primary and secondary Zn minerals Soil organic matter Dissolution Soil solution Precipitation Zn2+ Zn2+ -Che Adsorbed or labile Zn2+ Adsorption Mineralization Desorption Immobilization Mineralization Zn2+ Microbial biomass Immobilization Leaching
21
Primary and secondary Cu minerals
Cu Cycling in Plant-Soil System Plant harvest Cu CHEMICAL FERTILIZER Run-off Plant residue Animal residue Plant uptake Primary and secondary Cu minerals Soil organic matter Dissolution Soil solution Precipitation Cu2+ Cu2+ -Che Adsorbed or labile Cu2+ Adsorption Mineralization Desorption Immobilization Mineralization Cu2+ Microbial biomass Immobilization Leaching
22
Primary and secondary Mn minerals
Mn Cycling in Plant-Soil System Plant harvest Mn CHEMICAL FERTILIZER Run-off Plant residue Animal residue Plant uptake Primary and secondary Mn minerals Soil organic matter Dissolution Soil solution Precipitation Mn2+ Mn2+ -Che Adsorbed or labile Mn2+ Adsorption Mineralization Desorption Immobilization Mineralization Mn2+ Microbial biomass Immobilization Leaching
23
B Cycling in Plant-Soil System
Plant harvest B CHEMICAL FERTILIZER Run-off Plant residue Animal residue Plant uptake Primary and secondary B minerals Soil organic matter Dissolution Soil solution Precipitation H4BO4-/ H3BO3/ H2BO3- Adsorbed or labile H4BO4- /H3BO3/ H2BO3- Adsorption Mineralization Desorption Immobilization Mineralization H4BO4-/H3BO3- Microbial biomass Immobilization Leaching
24
Mo Cycling in Plant-Soil System
Plant harvest Mo CHEMICAL FERTILIZER Run-off Plant residue Animal residue Plant uptake Primary and secondary Mo minerals Soil organic matter Dissolution Soil solution Precipitation MoO42-/ HMoO4- Adsorbed or labile MoO42-/HMoO4- Adsorption Mineralization Desorption Immobilization MoO42-/HMoO4- Mineralization Microbial biomass Immobilization Leaching
25
ปัจจัยทางดินที่มีอิทธิพลต่อความเป็นประโยชน์ของจุลธาตุ
ความเข้มข้นของจุลธาตุในสารละลายดินในช่วงเวลาช่วงหนึ่ง ๆ มีน้อยมากจนไม่อาจเพียงพอต่อความต้องการของพืชได้ จำเป็นต้องมีส่วนที่ได้รับการปลดปล่อยออกจากส่วนที่เป็นของแข็งเพื่อทดแทนส่วนที่ถูกดูดใช้ไปในสารละลายดิน จึงจะเพียงพอ ปัจจัยทางดินที่สำคัญต่อความเป็นประโยชน์ของจุลธาตุในดินได้แก่ 1. pH ของดิน - ความเป็นประโยชน์ของจุลธาตุโดยส่วนใหญ่ (Fe, Mn, Cu, Zn, B) ลดลงเมื่อ pH เพิ่มขึ้น (ยกเว้น Mo) ทั้งนี้เพราะการละลายน้ำลดลงและการดูดยึดเพิ่มขึ้น 2. อินทรียวัตถุ - ความเป็นประโยชน์ของจุลธาตุโดยส่วนใหญ่ (Fe, Mn, Cu, Zn, B) เพิ่มขึ้นเมื่ออินทรียวัตถุเพิ่มขึ้น (ยกเว้น Mo) 3. สภาพรีดอกซ์ - ความเป็นประโยชน์ของจุลธาตุโดยส่วนใหญ่ลดลงเมื่อค่ารีดอกซ์เพิ่มขึ้น 25 25
26
Micronutrient : Cations
Fe in soils ปริมาณ Fe ในดิน อยู่ในช่วง 1,000 – 10,000 ppm ลักษณะของดินที่ขาด Fe คือ ดินที่มี pH > 7.0 ดินที่มีความชื้นและอินทรียวัตถุต่ำ + OH- + OH- + OH- Fe3+ Soluble Fe(OH)2+ Soluble Fe(OH)2 Soluble + Fe(OH)3 Insoluble Fe ในสารละลายดินจะทำปฏิกิริยากับอินทรียวัตถุเป็น Organic complex ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ สไลด์ประกอบการสอน
27
Micronutrient : Cations
Mn in soils Mn oxidation-reduction cycle in the soil Mn2+ Reduction Oxidation Mn3+ Mn4+ Mn2O3 .xH2O MnO2. xH2O ดินที่มีการระบายอากาศดี pH สูง Mn จะตกตะกอน (Precipitation) และอยู่ในรูป MnO2ทำให้ Mn2+ในสารละลายดินลดลง ดินที่มีการระบายน้ำไม่ดี เมื่อ pH ลดลง Mn จะตกตะกอนกับ CO2 ไป อยู่ในรูป MnCO3 ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ สไลด์ประกอบการสอน
28
Micronutrient : Cations
Cu in soils 99% Cu ในสารละลายดินจะเกิด Organic complex กับอินทรียวัตถุ โดย Functional group (- COOH & R- OH) ของอินทรียวัตถุจะดูดยึด Cu เอาไว้ Inorganic forms ของ Cu ในสารละลายดินจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับ pH pH < 6.9 Cu2+ pH > 6.9 Cu(OH)20 ดินที่ขาด Cu เป็นดินที่มีอินทรียวัตถุสูง และ pH สูง ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ สไลด์ประกอบการสอน
29
Micronutrient : Cations
Zn in soils ดินที่มี pH สูง การละลายหรือปลดปล่อย Zn ของดินจะลดลง พืชดูด กินได้น้อยลง pH < Zn2+ pH 7.7 – 9.1 Zn(OH)+ pH > Zn(OH)20 เกิด Organic complex กับอินทรียวัตถุ ช่วยรักษาความเป็นประโยชน์ ของ Znในดินเอาไว้ ลักษณะดินที่ขาด Znคือดินที่มี pHสูงดินที่มีอินทรีวัตถุต่ำ ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ สไลด์ประกอบการสอน
30
Micronutrient : Anions
B in soils B ในสารละลายดินจะอยู่ในรูป H3BO3 และ H2BO2- เป็นธาตุที่ เคลื่อนที่ได้ดีในดิน ถ้า pH ดินเป็นกรด B จะอยู่ในรูปที่เป็นประโยชน์มากที่สุด ที่ pH 7 – 9 ความเป็นประโยชน์ของ B จะลดลง ดินที่ขาดความชื้น และแห้งแล้งเป็นเวลานาน ความเป็นประโยชน์ของ B จะลดลง B ในดินจะถูกดูดยึดเอาไว้ด้วย Fe & Al hydroxides ทำให้ความเป็น ประโยชน์ลดลง ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ สไลด์ประกอบการสอน
31
Micronutrient : Anions
Mo in soils Mo ในดินมีปริมาณที่ต่ำมาก ในสารละลายดินจะอยู่ในรูป MoO42- ถ้า pH ดินเป็นกรด Mo จะถูก Fe & Al Hydroxides ดูดยึดเอาไว้ ไม่เป็น ประโยชน์ต่อพืช เมื่อดินมี pH สูง Mo ที่เป็นประโยชน์ในสารละลายดินจะเพิ่มขึ้น + OH- + OH- H2MoO4 HMoO4 + H2O Unavailable - MoO4 + H2O Available 2- - H+ - H+ ที่มา: อนงนาฏ ศรีประโชติ สไลด์ประกอบการสอน
32
เอกสารอ้างอิงและอ่านเพิ่มเติม
ปัทมา วิตยากร ดิน: แหล่งธาตุอาหารของพืช. ภาควิชา ปฐพีศาสตร์ คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น หน้า. ปัทมา วิตยากร ความอุดมสมบูรณ์ของดินขั้นสูง. ภาควิชา ทรัพยากรที่ดินและสิ่งแวดล้อม คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น หน้า. สุรศักดิ์ เสรีพงศ์ เคมีและความอุดมสมบูรณ์ของดิน. ภาควิชาทรัพยากรที่ดินและสิ่งแวดล้อม คณะเกษตรศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น หน้า. 32 32
งานนำเสนอที่คล้ายกัน
