การหมุนเวียนธาตุอาหารในดิน

การหมุนเวียนธาตุอาหารในดินคือการเคลื่อนที่ของธาตุอาหารพืชที่จำเป็นระหว่างแหล่งแร่ธาตุ อินทรียวัตถุ แหล่งที่แลกเปลี่ยนได้ และแหล่งสารละลาย ผ่านกระบวนการผุพัง การเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพ การดูดซับ การดูดซึม และการสูญเสีย

Definition

การหมุนเวียนธาตุอาหารในดินคือชุดของกระบวนการทางชีวภาพ เคมี และกายภาพที่ถ่ายโอนธาตุอาหารพืชระหว่างแหล่งแร่ธาตุ อินทรียวัตถุ แหล่งที่ถูกดูดซับ และแหล่งที่ละลายในดิน และระหว่างดิน พืช และสิ่งแวดล้อมในวงกว้าง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมธาตุอาหารพืชที่จำเป็นและวงจรในดิน โดยเฉพาะไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม และกำมะถัน กระบวนการเกิดแร่ธาตุ การตรึง การดูดซับ และการดูดซึมที่ควบคุมความพร้อมใช้งาน และเส้นทางการสูญเสียธาตุอาหาร หัวข้อนี้เชื่อมโยงเคมีและชีววิทยาของดินเข้ากับการจัดหาธาตุอาหารที่เป็นตัวกำหนดความอุดมสมบูรณ์ของดิน

Core questions

• ธาตุอาหารใดบ้างที่จำเป็น และพืชดูดซึมในรูปแบบใด?
• กระบวนการเกิดแร่ธาตุและการตรึงควบคุมความพร้อมใช้งานของธาตุอาหารได้อย่างไร?
• การดูดซับและการตรึงจำกัดความพร้อมใช้งานของฟอสฟอรัสและโพแทสเซียมได้อย่างไร?
• ธาตุอาหารสูญหายไปจากดินด้วยเส้นทางใดบ้าง?

Key concepts

• ธาตุอาหารหลักและธาตุอาหารรองที่จำเป็น
• การเกิดแร่ธาตุและการตรึง
• วงจรไนโตรเจนในดิน
• การดูดซับและการตรึงฟอสฟอรัส
• การตรึงและการปลดปล่อยโพแทสเซียม
• เส้นทางการสูญเสียธาตุอาหาร

Key theories

แหล่งธาตุอาหารและการเปลี่ยนแปลง

ธาตุอาหารแต่ละชนิดหมุนเวียนระหว่างแหล่งแร่ธาตุ อินทรียวัตถุ แหล่งที่แลกเปลี่ยนได้ และแหล่งสารละลาย ผ่านกระบวนการผุพัง การเกิดแร่ธาตุ การดูดซับ และการดูดซึม; ความพร้อมใช้งาน ณ เวลาใดเวลาหนึ่งสะท้อนถึงความสมดุลของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มากกว่าปริมาณรวม

วงจรไนโตรเจนในดิน

ไนโตรเจนในดินเคลื่อนที่ผ่านการตรึง การเกิดแร่ธาตุเป็นแอมโมเนียม การไนตริฟิเคชันเป็นไนเตรต การดูดซึมโดยพืชและจุลินทรีย์ และการสูญเสียโดยการชะล้าง การดีไนตริฟิเคชัน และการระเหย ทำให้ไนโตรเจนเป็นธาตุอาหารที่มีพลวัตมากที่สุดและอ่อนไหวต่อการจัดการมากที่สุด

Mechanisms

ธาตุอาหารที่อยู่ในแร่ธาตุและอินทรียวัตถุจะพร้อมใช้งานเมื่อกระบวนการผุพังและการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ปลดปล่อยธาตุอาหารเหล่านั้นสู่สารละลายในดินและตำแหน่งแลกเปลี่ยน ซึ่งรากพืชจะดูดซึมไป ไนโตรเจนจะถูกเปลี่ยนรูปโดยจุลินทรีย์ผ่านกระบวนการเกิดแร่ธาตุ ไนตริฟิเคชัน และดีไนตริฟิเคชัน; ฟอสฟอรัสจะถูกดูดซับและตกตะกอนอย่างรุนแรง ซึ่งจำกัดการละลายของมัน; โพแทสเซียมจะถูกยึดไว้บนและภายในดินเหนียว การสูญเสียเกิดขึ้นจากการชะล้างของไอออนที่ละลายน้ำได้ เช่น ไนเตรต การสูญเสียไนโตรเจนในรูปก๊าซ และการถูกกำจัดออกไปพร้อมกับการเก็บเกี่ยวและการกัดเซาะ

Clinical relevance

ความเข้าใจเกี่ยวกับการหมุนเวียนธาตุอาหารเป็นพื้นฐานสำหรับการจัดการปุ๋ยและปุ๋ยคอก: มันอธิบายว่าทำไมธาตุอาหารจึงมีความพร้อมใช้งานและการเคลื่อนที่แตกต่างกันไป วิธีการจับคู่ปริมาณที่จัดหาให้เข้ากับความต้องการของพืช และวิธีการลดการสูญเสียที่ทำให้สิ้นเปลืองปัจจัยการผลิตและก่อให้เกิดมลพิษทางน้ำ ซึ่งสนับสนุนทั้งผลผลิตและการปกป้องสิ่งแวดล้อม

History

ทฤษฎีแร่ธาตุของ Liebig ในศตวรรษที่ 19 เกี่ยวกับโภชนาการพืชได้กำหนดว่าการเจริญเติบโตของพืชผลขึ้นอยู่กับการจัดหาธาตุอาหารแร่ธาตุ และกฎของปัจจัยจำกัดที่ผลผลิตถูกจำกัดโดยธาตุอาหารที่หายากที่สุด วิทยาศาสตร์ดินในศตวรรษที่ 20 ได้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับวงจรของธาตุอาหารแต่ละชนิด โดยเฉพาะไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ซึ่งเป็นรากฐานของการจัดการธาตุอาหารสมัยใหม่

Key figures

• Justus von Liebig
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• brady2016
• sparks2003

Frequently asked questions

ทำไมไนโตรเจนจึงเป็นธาตุอาหารที่มักจะจำกัดและสูญเสียง่ายที่สุด?

ไนโตรเจนเป็นที่ต้องการในปริมาณมากและหมุนเวียนผ่านรูปแบบที่เคลื่อนที่ได้สูงและเป็นก๊าซ; ไนเตรตจะถูกชะล้างออกไปได้ง่ายพร้อมกับน้ำระบาย และไนโตรเจนสามารถสูญเสียไปในรูปก๊าซผ่านการดีไนตริฟิเคชันและการระเหยของแอมโมเนีย ดังนั้นจึงมักจะขาดแคลนและรักษายาก

ทำไมดินที่อุดมด้วยธาตุอาหารบางชนิดแต่พืชยังคงขาดแคลนได้?

ปริมาณธาตุอาหารทั้งหมดไม่เหมือนกับความพร้อมใช้งาน; ตัวอย่างเช่น ฟอสฟอรัสและโพแทสเซียมอาจมีอยู่มากมายแต่ส่วนใหญ่ถูกกักเก็บอยู่ในแร่ธาตุหรือถูกดูดซับอย่างรุนแรง ดังนั้นมีเพียงส่วนน้อยในสารละลายในดินและบนตำแหน่งแลกเปลี่ยนเท่านั้นที่พืชสามารถดูดซึมไปใช้ได้ง่าย