1

132 351 Soil Fertility and Plant Nutrition

ความอดมสมบรณของดนและโภชนาการพช

อาจารยผสอน

ศ.ดร. ปทมา วตยากร แรมโบ1

องคประกอบของดน

2

องคประกอบของดน : สวนท�เปนของแขง ของเหลวและกาซ

www.cmw.ac.th/elibrary/fileselib...3/p6.htm

3

องคประกอบของดน : สวนท�เปนของแขง ของเหลวและกาซ

www.purdue.edu/envirosoft/lawn/src/soils2.htm4

องคประกอบของดนสวนท�เปนของแขง : แรธาตและอนทรยวตถ

5

กลมอนภาคดนขนาดตางๆ

เม�อนาดนในสวนของอนนทรยสารมาแยกทางกายภาพ จะพบวาอนภาคดนขนาดตางๆ อาจแบงออกเปนกลมตามขนาดได 3 กลม คอ

1. กลมอนภาคทราย (sand fraction)

2. กลมอนภาคซลท (silt fraction)

3. กลมอนภาคดนเหนยว (clay fraction)

6

2

Soil separates and their diameter range

Soil separate name

Diameter range (mm)

Visual size comparison of maximum size

Very coarse sand 2.0-1.0 House key thickness

Coarse sand 1.0-0.5 Small pinhead

Medium sand 0.5-0.25 Sugar or salt crystal

Fine sand 0.25-0.10 Thickness of book page

Very fine sand 0.10-0.05 Invisible to the eye

Silt 0.05-0.002 Visible under microscope

Clay Less than 0.002 Most are not visible even

with a microscope

Miller and Donahue (1990)

sand

7

Particle Size Distribution

สวนประกอบของแรในกลมอนภาคดนตางๆ

1. กลมอนภาคทรายและซลท (sand and silt particle)

แรท�พบมากในกลมน �เปนแรปฐมภม ไดแก

1. แรควอทซ (quartz)

2. แรเฟลสปาร (feldspar)

3. แรไมกา (mica)

4. แรจาพวกเฟอโรแมกนเชยน (ferromagnesian)

9

สวนประกอบของแรในกลมอนภาคดนตางๆ

2. กลมอนภาคดนเหนยว (clay particle)

แรในกลมน �แตกตางจากแรในกลมอนภาคทรายและซลท ตรงท�วาแรสวนใหญในกลมอนภาคดนเหนยวเปนแรทตยภม ซ�งเปนแรท�ถกสงเคราะหข �นใหมจากกระบวนการสลายตวของหนหรอกระบวนการสรางดน

แรท�สาคญในกลมอนภาคดนเหนยว อาจแบงไดเปน

- แรท�เปนผลก (crystalline)ไดแก แรซลเกตชนดตางๆ เชน แรคาโอลไนท แรอลไลท แรไฮดรสไมกา แรมอนมอรลโลไนท แรเวอรมคไลท ฯลฯ

- แรท�ไมเปนผลก (amorphous) เชน แรซลกาออกไซดเจล แรอะลมนาออกไซดเจล แรเหลกออกไซด 10

โครงสรางผลกของแรซลเกต

หนวยพ �นฐานของแรซลเกตม 2 หนวย คอ หนวยเททราฮดรอน (Tetrahedron) และ หนวยออกตาฮดรอน (Octahedron)

Tetrahedron

Octahedron

oxygen

silicon

hydroxyl

aluminum, magnesium

11x

y

z

การสรางแผนซลกา (silica sheet formation)

3

Si6O18

Hexagonal holeTetrahedral Sheet

Si:O2:5

การสรางแผนอลมนา (Alumina sheet formation)

Octahedral Sheet

OH

tet

oct

Short hand,Block notation

โครงสรางแร 1:1

kaolinite

4

2:1 clay mineral: Smectite (Montmorillonite)

tet

oct

tet

tet

oct

tet

K+

H2OCa2+ H2O H2O

2:1 clay minerals

Montmorillonite

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Montmorillonite-en.svg

20

Basic orientation of atom in clay minerals

Miller and Donahue (1990)

Kaolinite

Montmorillonite

Sesquioxide

21

Allophane

• Hydrated Al2O3, Fe2O3, and SiO2

• Volcanic parent materials

แรอน ๆ ทเปนแรประกอบดน

Al, Fe, Ti, and Mn oxides and hydroxides

GibbesiteAl2(OH)6

Mn oxidesGoethiteFeOOH

Al, Fe, Ti, and Mn oxides and hydroxides

HematiteFe2O3

5

กระบวนการเกดประจไฟฟาบนพ �นผวอนภาคดน

1. กระบวนการแทนท�ของอะตอมท�มขนาดใกลเคยงกน แตมจานวนวาเลนซไมเทากน (Isomorphous replacement) ทาใหเกดประจถาวร (permanent charge)

2. การเกาะยดและการปลดปลอยไฮโดรเจนไอออน ทาใหเกดประจผนแปร (variable charge)

ประจไฟฟาของอนภาคดน มท �งประจบวกและประจลบ ประจเหลาน �เกดจาก

25

อนภาคดนเหนยวและอนภาคอนทรยท�เปนสารคอลลอยดในดน

สารละลายดน

CATION EXCHANGE

อนภาคฮวมสMg++

Ca++

Ca++H+

K+

NH4+

Mg++

H+Ca++

Ca++Mg++

H+

Mg++

K+

NH4+

K+

แรดนเหนยวMg++

Ca++

Ca++

H+

K+Mg++

Ca++

H+

K+

K+NH4

+K+

Mg++

Ca++

NH4+

Ca++

K+

K+

K+

26

Colloidal system

ระบบคอลลอยดดนท�สมพนธกบรปตาง ๆ ของธาตอาหารในดน และการดดใชธาตอาหารโดยรากพช (ปทมา, 2547)27

โครงสรางของแรสเมคไทท (แรซลเกตท�มโครงสรางประเภท 2:1)

c-AXIS

14 Å (9.6 18A or more

b-AXIS

6 O 4 (Al, Si)

4 O + 2 (OH) 4 (Al, Fe3+, Mg)

4 O + 2 OH

4 Si 6 O

28

ประจในโครงสรางทางทฤษฎของแรซลเกต 2:1 มดงน �

6 O2- 12-

4 Si4+ 16+

4 O2- + 2 (OH-) 10-

4 Al3+ 12+

4 O2- + 2 (OH-) 10-

4 Si4+ 16+

6 O2- 12-

+ = 44 - = 44

รวมประจ29

Al3+,Fe3+

Si4+

tet

oct

Mg2+

Al3+

Isomorphous substitution

6

Clays, humus, or organic acids

H+

Mg++

H+

H+

SO4--

Ca++

Cl-

H+

Ca++

H+

H+

H+

Substances with hydroxyls

Ions in solution

HO

Miller and Donahue (1990)

ประจผนแปร (Variable หรอ pH dependent charge)

31

การเกาะยดและการปลดปลอยไฮโดรเจนไอออน

แรเหลกออกไซด

Fe

OH.H

OH.H

OH

+ 2H2O

Fe

2(H+ ) 2(OH-)O

Fe

OH

OH

OH

Fe

O

Fe

O

O

OH

Fe

C

2+ 0 2-

กรด กลาง ดาง32

การเกาะยดและการปลดปลอยไฮโดรเจนไอออน (ตอ)

กลมฟงชนเนล (functional group) ของอนทรยสาร

1. Carboxyl group

2. Phenolic hydroxyl group

R

C

O

OH

H+

R C

O

O

C

C

C

C

C C

C

C

C

C

COH

H+

O

C

33

การเกาะยดและการปลดปลอยไฮโดรเจนไอออน (ตอ)

Amide

R N + H+ R

H

H2+

N

H

H

R N

H

H+

R N

H

H

34

Stevenson (1982)

Model structure of humic acid

35

Humic Substances

7

+

+

+

+

++

++

+

+

+

+

++

+

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+++

+++

+

++

++

+

+ +

A part of an expanding clay particle showing inner swelling of layer

+ Hydrated cations, +1 or +2

Anions, -1 or -2

Negatively charged lattice sites

A B

CSoil solution near edge of clay particle

Soil solution, approximately equal negative and positive ions

Ionic double layer

แหลงของการแลกเปล�ยนประจบวก (cation exchange sites)

37

X สารละลายพ �นผวอนภาค

ศกยไฟฟา

ระยะทาง

Ψ

Ψ = 0

+++++++++++++++++

ท�มา : เพ�มพน, 2528

ช �นประจไฟฟาค

38

หนงสออานเพ�มเตม

เพ�มพน กรตกสกร. 2528. เคมของดน. ภาควชาปฐพศาสตรคณะเกษตรศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน. 249 หนา.

39

Bohn, H., B.L. McNeal, and G.A. 2001. O’Connor. Soil chemistry. 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc. NY.

Brady, N.C. and R.R. Weil. 2010. Elements of the nature and properties of soils. Pearson, NY.

Ghose, S.K., G.A. Waychunas, T.P. Trainor, and P.J. Eng (2010), Hydrated goethite (alpha-FeOOH) (100) interface structure: Ordered water and surface functional groups. Geochimica et Cosmochimica Acta, 74, 1943–1953.

เอกสารอางอง (นอกเหนอจากท�ระบไวในสไลด)