การเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์และการตรึงธาตุอาหาร

การเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์และการตรึงธาตุอาหารเป็นกระบวนการของจุลินทรีย์ที่ตรงกันข้ามกัน ซึ่งเปลี่ยนธาตุอาหารระหว่างรูปสารอินทรีย์และอนินทรีย์ โดยควบคุมปริมาณธาตุอาหารที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ในแต่ละช่วงเวลา

Definition

การเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์คือการที่จุลินทรีย์เปลี่ยนธาตุอาหารที่อยู่ในอินทรียวัตถุให้เป็นรูปอนินทรีย์ที่ละลายน้ำได้ เช่น แอมโมเนียมและฟอสเฟต ส่วนการตรึงธาตุอาหารคือการที่จุลินทรีย์ดูดซึมธาตุอาหารอนินทรีย์เหล่านั้นเข้าไปในชีวมวลของพวกมัน ซึ่งเป็นการนำธาตุอาหารออกจากแหล่งที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ชั่วคราว

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการเปลี่ยนธาตุอาหารอินทรีย์ให้เป็นรูปแร่ธาตุที่พืชสามารถนำไปใช้ได้โดยจุลินทรีย์ (การเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์) และการดูดซึมธาตุอาหารแร่ธาตุกลับเข้าไปในชีวมวลจุลินทรีย์ (การตรึงธาตุอาหาร) บทบาทควบคุมของอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนของซากพืช และการปลดปล่อยไนโตรเจนและธาตุอาหารอื่น ๆ สุทธิ โดยเชื่อมโยงการย่อยสลายเข้ากับการจัดหาธาตุอาหาร

Core questions

• จุลินทรีย์เปลี่ยนธาตุอาหารอินทรีย์ให้เป็นรูปที่พืชนำไปใช้ได้อย่างไร?
• การตรึงธาตุอาหารคืออะไรและเกิดขึ้นเมื่อใด?
• อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนของซากพืชควบคุมการปลดปล่อยสุทธิได้อย่างไร?
• การเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์และการตรึงธาตุอาหารกำหนดช่วงเวลาของธาตุอาหารได้อย่างไร?

Key concepts

• การเปลี่ยนไนโตรเจนและฟอสฟอรัสให้เป็นสารอนินทรีย์
• การตรึงธาตุอาหารเข้าสู่ชีวมวลจุลินทรีย์
• การเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์สุทธิและการตรึงธาตุอาหารสุทธิ
• อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนของซากพืช
• การย่อยสลายและการปลดปล่อยธาตุอาหาร
• การหมุนเวียนของชีวมวลจุลินทรีย์

Key theories

การหมุนเวียนของการเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์และการตรึงธาตุอาหาร

การเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์และการตรึงธาตุอาหารเกิดขึ้นพร้อมกัน และความสมดุลสุทธิของทั้งสองกระบวนการ ไม่ว่าธาตุอาหารจะถูกปลดปล่อยหรือถูกกักเก็บไว้ ขึ้นอยู่กับพลังงานและปริมาณธาตุอาหารของสารตั้งต้นที่จุลินทรีย์กำลังย่อยสลาย

การควบคุมโดยอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน

เมื่อซากพืชมีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนสูง จุลินทรีย์จะดึงไนโตรเจนแร่ธาตุจากดินเพื่อสร้างชีวมวล (การตรึงธาตุอาหารสุทธิ) เมื่ออัตราส่วนต่ำ ไนโตรเจนส่วนเกินจะถูกปลดปล่อยออกมา (การเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์สุทธิ) ดังนั้นคุณภาพของซากพืชจึงควบคุมช่วงเวลาของธาตุอาหาร

Mechanisms

เมื่อจุลินทรีย์ย่อยสลายซากอินทรีย์เพื่อเป็นพลังงาน พวกมันจะทำลายพันธะที่ยึดธาตุอาหารไว้ ปลดปล่อยไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และกำมะถันส่วนเกินออกมาในรูปของไอออนแร่ธาตุ เมื่อสารตั้งต้นมีธาตุอาหารมากกว่าที่จุลินทรีย์ต้องการ หากสารตั้งต้นอุดมไปด้วยคาร์บอนแต่ขาดธาตุอาหาร จุลินทรีย์จะดูดซับธาตุอาหารแร่ธาตุจากสารละลายในดินเพื่อสร้างชีวมวลของพวกมัน ซึ่งเป็นการตรึงธาตุอาหารเหล่านั้นไว้ชั่วคราว ธาตุอาหารจะถูกปลดปล่อยออกมาอีกครั้งเมื่อจุลินทรีย์เหล่านั้นตายและถูกย่อยสลายไป อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนของซากพืชเป็นปัจจัยหลักที่ควบคุมว่ากระบวนการใดจะเด่นกว่า

Clinical relevance

การเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์และการตรึงธาตุอาหารอธิบายได้ว่าทำไมการใส่ซากพืชที่มีคาร์บอนสูง เช่น ฟางข้าว จึงอาจทำให้พืชขาดไนโตรเจนชั่วคราว ในขณะที่ซากพืชที่มีคาร์บอนต่ำและปุ๋ยคอกจะปลดปล่อยธาตุอาหารอย่างรวดเร็ว การจัดการคุณภาพและช่วงเวลาของการใส่ซากพืชจึงเป็นสิ่งสำคัญในการประสานการจัดหาธาตุอาหารให้สอดคล้องกับความต้องการของพืชและลดการสูญเสีย

History

การตระหนักว่าการย่อยสลายสามารถทั้งปลดปล่อยและกักเก็บธาตุอาหารได้ โดยถูกควบคุมด้วยอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนของอินทรียวัตถุที่ใส่ลงไป ได้กลายเป็นหลักการพื้นฐานของความอุดมสมบูรณ์ของดินและการจัดการธาตุอาหาร เมื่อชีวเคมีของดินพัฒนาขึ้นตลอดศตวรรษที่ 20

Key figures

• Eldor A. Paul
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• paul2015
• brady2016

Frequently asked questions

ทำไมการใส่ฟางข้าวลงในดินจึงสามารถลดไนโตรเจนสำหรับพืชได้ชั่วคราว?

ฟางข้าวมีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนสูง ดังนั้นจุลินทรีย์ที่ย่อยสลายจึงต้องการไนโตรเจนมากกว่าที่ฟางข้าวมีให้ และจะดึงไนโตรเจนแร่ธาตุจากดินเข้าสู่ชีวมวลของพวกมัน การตรึงธาตุอาหารนี้จะลดไนโตรเจนที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ชั่วคราว จนกว่าจุลินทรีย์จะตายและปลดปล่อยไนโตรเจนออกมาอีกครั้ง

ความแตกต่างระหว่างการเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์และการตรึงธาตุอาหารคืออะไร?

การเปลี่ยนแร่ธาตุให้เป็นสารอนินทรีย์คือการเปลี่ยนธาตุอาหารจากอินทรียวัตถุให้เป็นรูปอนินทรีย์ที่พืชสามารถนำไปใช้ได้ ในขณะที่การตรึงธาตุอาหารเป็นการกระทำที่ตรงกันข้ามโดยการกักเก็บธาตุอาหารอนินทรีย์ไว้ในชีวมวลจุลินทรีย์ ทั้งสองกระบวนการเกิดขึ้นพร้อมกัน และความสมดุลสุทธิของพวกมันจะเป็นตัวกำหนดว่าธาตุอาหารจะถูกปลดปล่อยหรือถูกกักเก็บไว้