ปฏิกิริยาดิน (Soil Reaction)

ปฏิกิริยาดิน (soil reaction)แสดงได้ด้วยค่าความเป็นกรด - เิบส ของดิน (soil pH) ดินที่มีไฮโดรเจนไอออน (H+) อยู่ในปริมาณสูง จะทำให้ดินมีสภาพเป็นกรด ส่วนดินที่มีธาตุประจุบวกที่เป็นเบส (เช่น แคลเซียม แมกนีเซียม โพแทสเซียม และโซเดียม) อยู่ในปริมาณสูง จะทำให้ดินมีสภาพเป็นเบสหรือเป็นดินด่าง

pH ของดินขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น

- ชนิดของวัตถุต้นกำเนิดดินดินเกิดจากการสลายตัวผุพังของหินและแร่ธาตุที่เป็นวัตถุต้นกำเนิดดิน เป็นพวกที่มีแร่ธาตุพวกโลหะ เช่น ธาตุเหล็ก ธาตุสังกะสี ธาตุแมงกานีส ธาตุอะลูมีเนียม เมื่อผุพังสลายตัวกลายเป็นดิน จะทำให้ดินส่วนใหญ่เป็นกรด ส่วนหินและแร่ที่มีธาตุพวกแคลเซียม แมกนีเซียม โซเดียม โพแทสเซียม เมื่อสลายตัวกลายเป็นดินแล้วมักจะไม่เป็นดินกรด

- ลักษณะทางเคมีของน้ำฝนหรือน้ำที่ไหลซึมชะผ่านชั้นดิน โดยน้ำที่ว่าไม่ว่าจะเป็นน้ำฝนหรือน้ำชลประทาน เมื่อไหลซึมผ่านลงไปในดิน น้ำจะละลายเอาธาตุที่เป็นด่าง ได้แก่ ธาตุแคลเซียม แมกนีเซียม โซเดียม และโพแทสเซียม ออกไปจากดินทำให้ดินเป็นกรดได้

- กิจกรรมของสิ่งมีชีวิตในดิน ทั้งพืช สัตว์ และจุลินทรีย์

- การใช้ประโยชน์และการจัดการที่ดิน เช่น การใส่ปุ๋ยพวกที่มีแอมโมเนียและซัลเฟอร์เป็นส่วนประกอบอยู่ เช่น ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต แอมโมเนียมไนเตรทลงไปในดินนาน ๆ ก็เป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้ดินเป็นกรดได้

pH ของดินเป็นดัชนีบ่งชี้ลักษณะทางเคมีและความอุดมสมบูรณ์ของดิน โดยมีบทบาทสำคัญต่อการควบคุมการแตกตัวของสารประกอบต่าง ๆ ในดิน และความเป็นประโยชน์ของธาตุอาหารพืชในดิน โดยเมื่อ pH ของดินเพิ่มขึ้นหรือลดลง จะทำให้ระดับความเป็นประโยชน์ของธาตุอาหารพืชในดินเปลี่ยนแปลงไป

โดยธาตุอาหารเหล่านั้นจะละลายออกมาจากดินได้น้อยลง ทำให้พืชขาดธาตุอาหารนั้น ๆ pH ของดิน ยังมีผลต่อการแตกตัวของสารมลพิษในดิน และกิจกรรมของจุลินทรีย์ในดิน โดยการย่อยสลายสารอินทรีย์ในดินจะเกิดได้ดีเมื่อดินมี pH เป็นกลาง (pH 6-8) เมื่อ pH มีค่าต่ำกว่า 5.5 กิจกรรมของจุลินทรีย์ในดินจะลดลง ขณะที่เชื้อรายังสามารถทนได้ เป็นต้น

พืชแต่ละชนิดจะเจริญเติบโตได้ดีในดินที่มีค่า pH แตกต่างกันไป ซึ่งบางครั้งเกษตรกรจำเป็นต้องใส่วัสดุปรับปรุงดิน เพื่อปรับปรุงให้ดินมีค่า pH เหมาะสมกับพืชที่ต้องการจะปลูก นอกจากนี้ pH ของดินยังมีผลต่อ pH ของน้ำใต้ดินและน้ำผิวดิน เช่น ลำน้ำหรือทะเลสาบที่อยู่ใกล้เคียงด้วย

อินทรียวัตถุในดิน

อินทรียวัตถุ คือ เศษซากพืชและสัตว์ที่เน่าเปื่อย ผุพัง ย่อยสลาย เป็นแหล่งที่ให้ธาตุอาหารพืชบางชนิด เช่น ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และกำมะถัน อินทรียวัตถุยังทำหน้าที่ดูดซับธาตุอาหารพืชและความชื้นไว้ในดิน ดินในพื้นที่ป่าไม้มักมีปริมาณอินทรียวัตถุมากกว่าดินที่ถูกเปลี่ยนแปลงและนำมาใช้ประโยชน์แล้ว และดินชั้นบนมักมีปริมาณอินทรียวัตถุมากกว่าดินชั้นล่าง

การใส่อินทรียวัตถุให้แก่ดินจะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพ เช่น โครงสร้างดิน ความสามารถในการอุ้มน้ำ ระบายน้ำ และการถ่ายเทของอากาศ รวมทั้งคุณสมบัติทางเคมี เช่น ความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวกของดิน และแหล่งให้ธาตุอาหารพืช เป็นต้น

ความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวก

ความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวก (cation exchange capacity : CEC)คือ ประสิทธิภาพของดินในการดูดซับธาตุอาหารหรือสารประกอบในดินที่มีประจุบวก (cation) ซึ่งรากพืชและจุลินทรีย์จะนำไปใช้ประโยชน์

โดยทั่วไปอนุภาคของดินเหนียวและอินทรียวัตถุสามารถดูดซับและแลกเปลี่ยนประจุต่าง ๆ ในดินได้ดี เนื่องจากมีประจุลบจึงดึงดูดธาตุอาหารต่าง ๆ ในดินซึ่งมีประจุบวกให้เข้ามาเกาะอยู่บริเวณพื้นผิวของตัวเองได้ ขณะที่ดินที่มีเนื้อหยาบ เช่น ดินทราย ซึ่งไม่มีอนุภาคดินเหนียวหรือมีอยู่เพียงเล็กน้อย รวมทั้งดินที่ขาดอินทรียวัตถุจะไม่มีประจุ จึงไม่สามารถดูดซับธาตุอาหารต่าง ๆ ไว้ได้ ทำให้ธาตุอาหารเหล่านั้นถูกชะล้างออกไปจากดินโดยน้ำได้ง่าย ดังนั้น ดินที่ดีจึงควรมีค่า CEC สูง ซึ่งนอกจากจะแสดงถึงความสามารถในการดูดซับธาตุอาหารที่มีประจุบวกแล้ว ยังช่วยลดการสูญเสียธาตุอาหารพืชไปจากดินด้วย ซึ่งการใส่อินทรียวัตถุจะช่วยเพิ่มความสามารถในการแลกเปลี่ยนประจุบวกให้แก่ดินเนื้อหยาบ ทำให้ดินดูดซับธาตุอาหารที่มีอยู่ตามธรรมชาติและจากการใส่ปุ๋ยได้ดีขึ้น และพืชสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้

ความอิ่มตัวด้วยประจุบวกที่เป็นด่าง

การวิเคราะห์การแลกเปลี่ยนประจุบวกในดิน

หลักการ

การแลกเปลี่ยนประจุบวกในดิน(CEC) แสดงถึงความสามารถของดินในการดูดยึดและแลกเปลี่ยนไอออนบวก อนุภาคดินเหนียว เป็นอนินทรียสารที่มีรูปร่างแบนบางและมีขนาดอนุภาคเล็กที่สุด จะมีพื้นที่ผิวต่อหนึ่งหน่วยน้ำหนักมากที่สุด และอนุภาคเหล่านี้มีประจุลบ ซึ่งสามารถดูดยึดประจุบวกไว้ที่ผิวของมันได้เช่นเดียวกันกับ ฮิวมัส ซึ่งเป็นอินทรียสารที่มีขนาดเล็กและมีพื้นที่ผิวมากเช่นกัน ก็สามารถดูดซึมประจุบวกได้เช่นเดียวกันกับอนุภาคดินเหนียว

ประจุบวกเหล่านี้ดูดยึดที่ผิวของอนุภาคดินเหนียวและฮิวมัส ด้วยแรงที่เหนียวแน่นพอสมควร และทนทานต่อการชะล้างของน้ำ แต่ในขณะเดียวกัน ก็สามารถถูกไล่ที่ให้ออกหรือหลุดโดยไอออนอีกชนิดหนึ่งที่เป็นอิสระอยู่ใน Soil Solution ได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การแลกเปลี่ยนไอออนบวก และไอออนบวกที่ดูดซับอยู่ที่พื้นที่ผิวของอนุภาคดิน หรือฮิวมัส นี้เรียกว่า ไอออนบวกที่แลกเปลี่ยนที่ได้ และปริมาณไอออนบวกทั้งหมดที่ดูดซับสามารถวัดได้โดยคิดจำนวนเป็น milliequivalent (me) ต่อน้ำหนัก 100 กรัมของดินอบแห้ง เรียกคุณสมบัตินี้ว่า ความจุในการแลกเปลี่ยนไอออนบวกของดิน (Cation Exchange Capacity) หรือเรียกย่อๆว่า CEC ซึ่งส่วนใหญ่ เนื้อดินละเอียด มักมีค่า CEC มากกว่า ดินเนื้อหยาบ

หลักในการหาค่า CEC คือใช้ไอออนบวก เช่น NH4+เข้าไปไล่ที่ไอออนบวกอื่นๆที่ดูดซึมอยู่ที่ผิวของอนุภาคดินเหนียว NH4+แล้วแทนที่ ด้วย Na จาก NaCl อีกครั้งหนึ่ง NH4+ที่ถูกแทนที่จะกลับมาอยู่ในสารละลาย ซึ่งสามารถแยกออกมาได้ แล้วหาปริมาณ NH4+อีกครั้งหนึ่งก็จะหาค่า CEC ได้

การแลกเปลี่ยนประจุในดิน (Ionic exchange or Cation exchange)

ความเป็นกรด-เบสของดิน หมายถึง ปริมาณของไฮโดรเจนที่มีอยู่ในดิน ความเป็นกรด-เบส กำหนดค่าเป็นตัวเลขตั้งแต่ 1-14 เรียกค่าตัวเลขนี้ว่าค่า pH โดยจัดว่า

สารละลายใดที่มีค่า pH น้อยกว่า 7 สารละลายนั้นมีสมบัติเป็นกรด

สารละลายใดที่มีค่า pH มากกว่า 7 สารละลายนั้นมีสมบัติเป็นเบส

สารละลายใดที่มีค่า pH เท่ากับ 7 สารละลายนั้นมีสมบัติเป็นกลาง

วิธีทดสอบความเป็นกรด-เบส

มีวิธีทดสอบได้ดังนี้

1. ใช้กระดาษลิตมัสสีน้ำเงินหรือสีแดง โดยนำกระดาษลิตมัสทดสอบกับสารที่สงสัย ถ้าเป็นกรดจะเปลี่ยนกระดาษลิตมัสสีน้ำเงินเป็นสีแดง และถ้าเป็นเบสจะเปลี่ยนกระดาษลิตมัสสีแดงเป็นสีน้ำเงิน

2. ใช้กระดาษยูนิเวอร์แซลอินดิเคเตอร์ โดยนำกระดาษยูนิเวแซลอินดิเคเตอร์ทดสอบกับสารแล้วนำไปเทียบกับแผ่นสีที่ข้างกล่อง

3. ใช้น้ำยาตรวจสอบความเป็นกรด-เบส เช่น สารละลายบรอมไทมอลบลูจะให้สีฟ้าอ่อนในสารละลายที่มี pH มากกว่า 7 และให้สีเหลืองในสารละลายที่มี pH น้อยกว่า 7

ปัจจัยหรือสาเหตุที่ทำให้ดินเป็นกรด ได้แก่ การเน่าเปื่อยของสารอินทรีย์ในดิน การใส่ปุ๋ยเคมีบางชนิด สารที่ปล่อยจากโรงงานอุตสาหกรรมบางประเภท

ปัจจัยที่ทำให้ดินเป็นเบส ได้แก่ การใส่ปูนขาว (แคลเซียมไฮดรอกไซด์)

ความเป็นกรด-เบาของดินนั้นมีผลต่อการเจริญเติบโตของพืช พืชแต่ละชนิดเจริญเติบโตได้ดีในดินที่มีค่า pH ที่เหมาะแก่พืชนั้นๆ ถ้าสภาพ pH ไม่เหมาะสมทำให้พืชบางชนิดไม่สามารถดูดซึมแร่ธาตุที่ต้องการที่มีใน ดินไปใช้ประโยชน์ได้

การแก้ไขปรับปรุงดิน

ดินเป็นกรด แก้ไขได้โดยการเติมปูนขาว หรือดินมาร์ล

ดินเป็นเบสแก้ไขได้โดยการเติมแอมโมเนียมซัลเฟต หรือผงกำมะถัน

ดินมาร์ลคือ ดินที่ได้จากการสลายตัวของหินปูน ซึ่งมีแคลเซียมคาร์บอนเนตเป็นองค์ประกอบ ดินมาร์ลมีมากในจังหวัดสระบุรี ลพบุรี และนครสวรรค์

ความเป็นกรด-ด่างของดิน

สภาพ ความเป็นกรด-ด่างของดินนั้นเราสามารถตรวจสอบได้ ปกติเรามักใช้บอกความเป็นกรด-ด่างด้วยค่าที่เรียกว่า พีเอช หรือนิยมเขียนสัญลักษณ์เป็นภาษาอังกฤษ pH ความหมายของค่าพีเอชนี้ขออธิบายดังนี้ ช่วงของพีเอชของดินโดยทั่วไปจะมีค่าอยู่ระหว่างประมาณ ๓.๐-๙.๐ ค่า pH 7.0 บอกถึงสภาพความเป็นกลางของดิน กล่าวคือ ดินมีตัวที่ทำให้เป็นกรดและตัวที่ทำให้เป็นด่างอยู่เป็นปริมาณเท่ากันพอดี ค่าที่ต่ำกว่า ๗.๐ เช่น ๖.๐ บอกสภาพความเป็นกรดของดิน ในกรณีนี้เมื่อดินมี pH 6.0 เราก็จะทราบว่าดินเป็นกรดอย่างอ่อน มีสภาพเป็นกรดมากกว่าดินที่มี pH 7.0 (เป็นกลาง) สิบเท่า ค่า pH ของดินยิ่งลดลงเท่าใดสภาพความเป็นกรดก็รุนแรงยิ่งขึ้นเท่านั้น ดินที่มี pH 5.0 จะเป็นกรดมากกว่า pH 6.0 สิบเท่าและมากเป็น ๑๐๐ เท่าของดินที่มี pH 7.0 แต่ละค่าของ pH ที่ต่างกันหนึ่งหน่วยจะบอกความเป็นกรดที่แตกต่างกันสิบเท่า เช่นเดียวกับดินที่มี pH สูงกว่า ๗.๐ ก็จะบอกสภาพความเป็นด่างของดินยิ่งมีค่าสูงกว่า ๗.๐ เท่าใด ความเป็นด่างก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และจะเป็นด่างมากขึ้นเป็นสิบเท่าต่อความแตกต่างกันหนึ่งหน่วยของค่า pH ระดับความรุนแรงของความเป็นกรด-ด่างของดินสามารถบอกได้จากค่าของ pH ดังนี้

ค่าของ pH ของดินสามารถวัดได้ด้วยเครื่องวัดความเป็นกรด ในภาคสนามสามารถใช้ชุดตรวจสอบชนิดใช้น้ำยาเปลี่ยนสีตรวจสอบเรียกว่า pH Test Kit หรือชุดตรวจสอบ pH
ความเป็นกรด-ด่างของดินมีผลทั้งโดยตรงและโดยอ้อมต่อการเจริญเติบโตของพืชที่ปลูกอยู่ในดิน แต่จะขอกล่าวโดยสรุปเป็นสังเขปเท่านั้น

ความเป็นกรดของดินจะมีสภาพเหมือนกับกรดอย่างอ่อน เช่น กรดน้ำส้มสายชู ตัวที่แสดงความเป็นกรดคือ ไฮโดรเจนไอออน (H+) ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมากในการทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญทางเคมีของดิน กล่าวคือ ทำให้มีการละลายตัวของธาตุหรือสารต่างๆ ในดินออกมา บ้างก็เป็นประโยชน์ บ้างก็อาจเป็นพิษต่อพืช เช่น ถ้าดินเป็นกรดรุนแรงจะทำให้มีธาตุพวกอะลูมิเนียม แมงกานีส และเหล็ก ละลายออกมาอยู่ในน้ำในดินมากเกินไป จนเกิดเป็นพิษขึ้นแก่พืชที่ปลูกได้ แมงกานีสและเหล็กแม้จะเป็นธาตุอาหารพืชที่สำคัญ แต่พืชต้องการในปริมาณน้อย ถ้ามีสะสมอยู่ในดินมากจนเกินไปก็จะเกิดเป็นพิษขึ้นกับพืชได้ ดินที่มีค่าพีเอช (pH) ต่ำกว่า ๔.๕ ลงไปเรามักพบปัญหาดังกล่าวข้างต้น

ความเป็นประโยชน์ของธาตุอาหารต่างๆ ในดินที่พืชจะดึงดูดเอาไปใช้ได้ง่ายและมากน้อยแค่ไหน ขึ้นอยู่กับสภาพหรือระดับ pH ของดินเป็นอย่างมาก ธาตุอาหารพืชที่มีอยู่ในดินจะคงสภาพที่เป็นประโยชน์ต่อพืชได้ง่าย และมีปริมาณมากที่ pH ช่วงหนึ่ง ถ้าดินมี pH สูงหรือต่ำกว่าช่วงนั้นๆ ก็เปลี่ยนสภาพเป็นรูปที่ยากที่พืชจะดึงดูดเอาไปใช้เป็นประโยชน์ได้ เช่น ธาตุฟอสฟอรัสจะอยู่ในรูปของสารละลายที่พืชดึงดูดไปใช้ได้ง่าย เมื่อดินมี pH อยู่ระหว่าง ๖.๐-๗.๐ ถ้าดินมี pH สูง หรือต่ำกว่าช่วงนี้ ความเป็นประโยชน์ของธาตุฟอสฟอรัสในดินก็ลดน้อยลง เพราะไปทำปฏิกิริยากับแร่ธาตุต่างๆ ในดินได้ง่ายขึ้น และแปรสภาพเป็นสารประกอบที่ละลายน้ำยาก ปุ๋ยฟอสเฟตที่เราใส่ลงไปในดินจะเป็นประโยชน์ต่อพืชที่ปลูกได้มากที่สุดก็ เมื่อดินมี pH อยู่ในช่วงดังกล่าว ปุ๋ยฟอสเฟตที่ใส่ลงไปในดินจะไม่เป็นประโยชน์ต่อพืชทั้งหมด แต่จะสูญเสียไปโดยทำปฏิกิริยากับแร่ธาตุต่างๆ ในดิน แปรสภาพเป็นสารประกอบที่ละลายน้ำยากเสียกว่า ๘๐% ซึ่งเราเรียกว่าฟอสเฟตถูกตรึง ปุ๋ยฟอสเฟตจะถูกตรึงได้ง่ายและมากขึ้นไปกว่านี้ได้อีก ถ้าดินมี pH สูงหรือต่ำกว่าช่วง pH ดังกล่าวข้างต้น

อิทธิพลของ pH ดินต่อความเป็นประโยชน์ของธาตุอาหารพืช ดินที่มีสภาพเป็นกรด (pH ต่ำ) จะทำให้ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม กำมะถัน แคลเซียม และแมกนีเซียม เปลี่ยนไปอยู่ในรูปที่พืชไม่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ พืชจึงมีแนวโน้มขาดธาตุอาหารดังกล่าว ขณะที่ธาตุเหล็กจะแตกตัวออกมาในปริมาณมากจนเป็นอันตรายต่อพืช ส่วนดินที่มีสภาพเป็นด่าง (pH สูง) จะทำให้ธาตุไนโตรเจน เหล็ก แมงกานีส ทองแดง และสังกะสี เปลี่ยนไปอยู่ในรูปที่พืชไม่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้