บทความชุด “ดิน ธาตุอาหารและปุ๋ย” เพื่อ “เพิ่มผลผลิต”

เรื่องที่ 11 ภาพรวมบทบาทของธาตุอาหารพืช

รองศาสตราจารย์ ดร. ยงยุทธ โอสถสภา

อาจารย์พิเศษ ภาควิชาปฐพีวิทยา คณะเกษตร กำแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

1. คำนำ

       การอธิบายบทบาทของธาตุอาหารพืชในสมัยก่อน เพื่อส่งเสริมการใช้ปุ๋ยธาตุหลักสำหรับเกษตรกรทั่วไป นิยมใช้คำพูดที่สื่อให้ผู้ฟังเห็นภาพชัดเจน เช่น ธาตุหลักมีหน้าที่ดังนี้ “ไนโตรเจนสร้างต้น กิ่งก้านและใบ ฟอสฟอรัสสร้างดอก และโพแทสเซียมสร้างผล” เพื่อชี้ว่าควรใส่ปุ๋ยที่ให้ธาตุใด หรือมีธาตุใดในสัดส่วนที่สูงในแต่ละช่วงที่พืชเจริญและพัฒนา ส่วนบทบาทของธาตุรองและจุลธาตุนั้น อธิบายว่า “พืชใช้ในการปรุงอาหาร”

ภาพที่ 1 แนวทางการอธิบายหน้าที่ของธาตุอาหารในสมัยก่อน

       ต่อมาเกษตรกรหัวก้าวหน้าซึ่งสนใจความรู้ใหม่ๆ ต้องการคำตอบที่ละเอียดกว่านี้ ว่าแต่ละธาตุทำหน้าที่อะไรบ้างจึงทำให้พืชเจริญเติบโต ให้ผลผลิตสูงและผลผลิตมีคุณภาพดี การอธิบายจึงต้องใช้ความรู้ทางสรีรวิทยามากขึ้น คำว่าบทบาท (role) ของธาตุและหน้าที่ (function) ของธาตุ มีความหมายคล้ายกัน

2. ภาพรวมบทบาทของธาตุอาหาร

    ในข้อนี้มี 2 เรื่อง คือ (2) ประเภทของบทบาท และ (2) การทำหน้าที่ร่วมกันของธาตุอาหาร

   2.1 ประเภทของบทบาท

          กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการดำรงชีวิต การเจริญเติบโตและการพัฒนาของพืชมีหลายกระบวนการ แต่ละกระบวนการต้องการธาตุอาหารหลายธาตุเข้าไปทำหน้าที่ จึงอาจแบ่งธาตุอาหารตามบทบาทที่เข้าร่วมในกิจกรรมต่างๆออกเป็น 2 ลักษณะ คือ หน้าที่เฉพาะและหน้าที่ไม่เฉพาะดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 การจำแนกธาตุอาหารตามบทบาทของธาตุ

* มีหลายหน้าที่ จึงอยู่ในหลายกลุ่มย่อย

         จากข้อมูลในตารางที่ 1 อาจแบ่งบทบาทของธาตุอาหารออกเป็น 3 อย่าง คือ 1) เป็นองค์องค์ประกอบอยู่ในโครงสร้างของสารอินทรีย์ 2) กระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ และ 3) ปกป้องอันตรายที่จะเกิดขึ้นกับพืช ซึ่งมีสาเหตุจากภายนอกและภายในเซลล์

       2.2 การทำหน้าที่ร่วมกันของธาตุอาหาร

             กระบวนการที่สำคัญของพืชซึ่งรู้จักกันโดยทั่วไปมีหลายกระบวนการ ได้แก่ การสังเคราะห์แสง การหายใจ การสังเคราะห์สารอินทรีย์ต่างๆ เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ลิพิด กรดนิวคลีอิก วิตามินและฮอร์โมน โดยบางธาตุทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบอยู่ในโครงสร้างของสารอินทรีย์ ส่วนบางธาตุทำหน้ากระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ จนเสร็จสิ้นกระบวนการนั้นๆ  

             เพื่อให้เห็นว่า “ธาตุอาหารทำหน้าที่ร่วมกันในกระบวนการเพื่อดำรงชีวิตของพืช” อย่างเป็นระบบ จึงขอยกตัวอย่างเรื่อง “ธาตุอาหารกับการสังเคราะห์แสง”

3. ธาตุอาหารกับการสังเคราะห์แสง     

    “การสังเคราะห์แสง” เป็นตัวอย่างที่แสดงถึงการทำหน้าที่ร่วมกันของธาตุหารในกระบวนทางทางสรีระของพืช  เนื่องจากมีธาตุอาหารเกี่ยวข้องทั้งทางตรงและทางอ้อมกว่า 10 ธาตุ      

     การสังเคราะห์แสงเกิดในอวัยวะพืชที่มีสีเขียว ซึ่งส่วนใหญ่คือใบ เซลล์ใบมีอวัยวะเซลล์ที่สำคัญเรียกว่าคลอโรพลาสต์ (ภาพที่ 2) ซึ่งภายในมีคลอโรฟิลล์ อันเป็นสารสีที่มีบทบาทในการรับพลังงานแสงจากดวงอาทิตย์ รวมทั้งมีกลไกต่างๆในคลอโรพลาสต์ ที่ทำให้การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นโดยสมบูรณ์

ภาพที่ 2 เซลล์ของใบพืชมีคลอโรพลาสต์ ซึ่งภายในมีสารสีคลอโรฟิลล์

           กิจกรรมในการสังเคราะห์แสงแบ่งเป็น 3 ภาค คือ

           1) ภาครับพลังงานแสง ซึ่งคลอโรฟิลล์ทำหน้าที่รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ แล้วแปรสภาพให้เป็นพลังงานที่แฝงอยู่ในอิเล็กตรอนพลังงานสูงของสารที่รับการถ่ายทอดพลังงาน 

           2) ภาคการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนพลังงานสูง ในโซ่ของการเคลื่อนย้ายที่มีการถ่ายทอดพลังงานไปไว้ในสารอื่น ที่จะนำไปใช้ในภาคที่ 3 และ

           3) ภาคการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นการดึงเอา CO₂ จากอากาศผ่านปากใบ เข้ามาเพิ่มความยาวของโครงคาร์บอนเดิม โดยใช้พลังงานจากภาคที่ 2 อันเป็นจุดเริ่มต้นของการสร้างคาร์โบไฮเดรตโมเลกุลเล็ก ซึ่งจะนำไปเป็นสารตั้งต้นสำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์อื่นๆ หรือสร้างน้ำตาลเพื่อใช้ในกระบวนการหายใจ (ภาพที่ 3)

                ธาตุอาหารที่มีบทบาทในขั้นตอนต่างๆของกระบวนการสังเคราะห์แสง แสดงไว้ในตารางที่ 2 รวม 11 ธาตุ คือ ธาตุหลัก 3 ธาตุ (N, P, K) ธาตุรอง 3 ธาตุ (Ca, Mg, S) ธาตุอาหารเสริม 5 ธาตุ (Fe, Cu, Mn, Zn, Cl) มีเพียง 3 ธาตุที่ไม่มีส่วนร่วม (B, Mo, Ni)

               การสังเคราะห์แสงมีความสำคัญต่อพืชมาก เนื่องจากเป็นจุดเริ่มต้นของการพึ่งพาตนเองของพืชในการเจริญเติบโต กล่าวคือพืชใช้น้ำตาลที่ได้จากการสังเคราะห์แสงในการหายใจ และสารอินทรีย์ทั้งหลายก็ถูกสังเคราะห์ขึ้นจากสารตั้งต้นชนิดต่างๆ ซึ่งมีจุดกำเนิดมาจากการสังเคราะห์แสงทั้งสิ้น ดังภาพที่ 3

ตารางที่  2 บทบาทโดยตรงและโดยอ้อมของธาตุอาหารในกระบวนการสังเคราะห์แสง

* ธาตุในวงเล็บมีบทบาททางอ้อม ** ATP คือสารที่มีพลังงานสูงใช้เป็นแหล่งพลังงานในกระบวนการต่างๆ 

ภาพที่ 3 ความสัมพันธ์ระหว่างการสังเคราะห์แสงกับการหายใจและการสังเคราะห์สารอินทรีย์ต่างๆของพืช

--------------------------------------------

หมายเหตุ: อีก 2 สัปดาห์ ติดตามเรื่องที่ 12 การดูดธาตุอาหารของพืช