บทความชุด “ดินและปุ๋ย” เพื่อ “เพิ่มผลผลิต”

เรื่องที่ 4 สิ่งมีชีวิตและอินทรียวัตถุในดินกับโครงสร้างของดิน

รองศาสตราจารย์ ดร.ยงยุทธ โอสถสภา

อาจารย์พิเศษ ภาควิชาปฐพีวิทยา คณะเกษตร กำแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

         “โครงสร้างดิน” เป็นสมบัติทางกายภาพที่สำคัญ และเกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตของพืชอย่างมาก แต่โครงสร้างดินเกิดได้ยากและถูกทำลายง่าย ในบทความนี้จะกล่าวถึง (1) ความหมายของโครงสร้างดิน (2) การเกิดโครงสร้างดินและบทบาทของสิ่งมีชีวิตในดินกับการเกิดโครงสร้างดิน (3) ประโยชน์ของโครงสร้างดินต่อพืชและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ และ 4) การปฏิบัติเพื่อส่งเสริมเสถียรภาพและรักษาโครงสร้างดิน

1. โครงสร้างดินคืออะไร

        “โครงสร้าง” แปลว่า สภาพที่ส่วนประกอบสำคัญๆ มารวมเข้าด้วยกันเข้า ได้รูปร่างที่ควรจะเป็น ส่วนประกอบของ “โครงสร้างดิน” คือ อนุภาคดินเดี่ยวๆจำนวนหนึ่ง ที่มาเกาะเชื่อมยึดกันเป็นกลุ่ม ดังนั้น

”โครงสร้างดิน” จึงเป็นกลุ่มของอนุภาคเดี่ยวที่จัดเรียงและเชื่อมยึดกันโดยกลไกธรรมชาติกลายเป็นกลุ่ม มีลักษณะสามมิติเรียกว่า “เม็ดดิน” อันเป็นโครงสร้างพื้นฐาน จากนั้นเม็ดดินหลายเม็ดก็เกาะกลุ่มให้ใหญ่ขึ้นกลายเป็น “ก้อนดิน”

          จึงกล่าวได้ว่า “เม็ดดิน” เป็นกลุ่มของอนุภาคดินที่เชื่อมยึดระหว่างกันอย่างอย่างแนบแน่น และมีเพียงช่องเล็กๆภายในเม็ดดิน ช่องเหล่านี้ทำหน้าที่เก็บน้ำ เมื่อเม็ดดินหลายๆเม็ดจับกลุ่มรวมกันเป็น “ก้อนดิน” แรงที่จับกันระหว่างอนุภาคนอกกลุ่มมีความแข็งแรงลดลง จึงเกิดช่องขนาดใหญ่ระหว่างเม็ดดิน ช่องเหล่านี้ช่วยในการระบายน้ำและถ่ายเทอากาศ

          “เสถียรภาพของเม็ดดิน” หมายถึงความสามารถของเม็ดดิน ในการต้านทานต่อแรงที่ทำให้เม็ดดินแยกสลาย เช่นการไถพรวนและการกระแทกของเม็ดฝน  

2. การจำแนกโครงสร้างดินตามขนาด

          อาจแบ่งเม็ดดินอย่างกว้างๆตามประเภทของการเชื่อมเป็น 2 แบบ คือ

          (1) เม็ดดินเล็ก: มีขนาดระหว่าง 2-20 ไมโครเมตร (1 ไมโครเมตรเท่ากับ 0.001 มิลลิเมตร) เป็นเม็ดดินที่เกิดจากการรวมกลุ่มของดินเหนียวและทรายแป้งละเอียด เชื่อมด้วยสารอินทรีย์ซึ่งมีโครงสร้างเป็นวงแหวนและสารเหนียวที่แบคทีเรียสังเคราะห์ขึ้นมา ทำให้เม็ดดินมีเสถียรภาพสูงมาก  

          (2) เม็ดดินใหญ่: มี 2 ขนาด คือ (1) ขนาดระหว่าง 250-2,000 ไมโครเมตร เกิดจากการรวมกลุ่มของเม็ดดินเล็ก โดยมีสารเหนียวจากการสังเคราะห์ของแบคทีเรียเชื่อมยึด และเส้นใยของราเกี่ยวพันให้เป็นกลุ่ม และ (2) เม็ดดินที่ใหญ่กว่า 2,000 ไมโครเมตร มีอินทรียวัตถุ รากพืช และเส้นใยของราทำหน้าที่เกี่ยวพันด้วย

           โครงสร้างดินมีรูปร่างได้หลายแบบ เช่น โครงสร้างดินแบบก้อนกลม แบบก้อนเหลี่ยม และแบบแท่ง สำหรับโครงสร้างแบบกลมก้อนและมีความพรุนสูง มักเกิดในดินบนของทุ่งหญ้า ส่วนที่มีรากหญ้าหนาแน่น เมื่อถอนต้นหญ้าขึ้นมาจะเห็นโครงสร้างดินประเภทนี้อยู่ระหว่างรากหญ้าเหล่านั้น

3. การเกิดโครงสร้างดิน

       การเกิดโครงสร้างดินมี 2 ขั้นตอน คือ ขั้นตอนแรกเป็นการเกาะกลุ่มของอนุภาคเดี่ยวเป็นกลุ่มก้อนอย่างหลวมๆ และขั้นตอนที่สอง คือ การเชื่อมยึดเม็ดดินที่เกาะกันอย่างหลวมๆให้เป็นเม็ดดินถาวร ทั้ง 2 ของขั้นตอนมีบทบาทของสิ่งมีชีวิต และกระบวนการอื่นๆร่วมกัน ดังนี้

       การเกิดเม็ดดินขั้นตอนที่ 1 เป็นการเกาะกลุ่มของอนุภาคเดี่ยวเป็นกลุ่มก้อนอย่างหลวมๆ เกิดจากกิจกรรมหรือกระบวนการ 3 แบบ คือ

      1)  กิจกรรมของสิ่งมีชีวิตที่ทำให้เกิดเม็ดดินมีหลายแบบ ดังนี้

          (1) การไชชอนของรากทำให้ดินแยก ขณะเดียวกันการไชชอนและการขยายของขนาดรากก็ส่งแรงอัดต่อดินด้านข้างราก นอกจากนี้ยังมีการแทรกและเกี่ยวพันดินของรากเล็กๆ ทำให้อนุภาคดินเกาะกลุ่มเป็นเม็ดดิน  

          (2) การกลืนกินดินและเศษพืชของไส้เดือนดิน แล้วถ่ายออกมาเป็นเม็ดเล็กๆ เรียกมูลไส้เดือน (ภาพที่ 1) มักพบบริเวณรูไส้เดือน

ภาพที่ 1 เม็ดดินบางส่วนเกิดจากไส้เดือนดินกินดินและซากพืชแล้วขับถ่ายออกมาเป็นเม็ดดิน

          (3) การเกี่ยวพันกลุ่มอนุภาคดินของใยรา (ภาพที่ 2) และการเชื่อมอนุภาคดินเข้าด้วยกันของสารเหนียวจากจุลินทรีย์ดิน (ภาพที่ 3)

ภาพที่ 2 เม็ดดินเกิดจากการเกี่ยวพันกลุ่มอนุภาคดินของใยรา

ภาพที่ 3 เม็ดดินเกิดจากการเชื่อมอนุภาคดินด้วยสารอินทรีย์ที่มีลักษณะเหนียว

     2) กระบวนการทางฟิสิกส์ คือ การยืดตัวของดินเมื่อเปียก สลับกับการหดตัวเมื่อดินแห้ง หากเกิดการเปียกและแห้งสลับกันบ่อยๆ ทำให้ดินมีรอยแยกมากขึ้นเรื่อยๆเป็นเค้าโครงของเม็ดดิน

     3) กระบวนการทางเคมี เช่น การเชื่อมอนุภาคดินเหนียวด้วยแคลเซียมและแมกนีเซียม (ภาพที่ 4)

ภาพที่ 4 โมเดลแสดงแคลเซียมไอออน (วงกลมสีดำ) ซึ่งมีประจุ +2 จับกับผิวของอนุภาคดินเหนียวข้างเคียง (มีประจุลบ) ทำให้อนุภาคดินเหนียวเกาะกลุ่มกัน

        การเกิดเม็ดดินขั้นตอนที่ 2  คือ การเชื่อมยึดเม็ดดินที่เกาะกันอย่างหลวมๆให้เป็นเม็ดดินถาวร เกิดจากกระบวนการ 3 แบบ คือ

       1) สารอินทรีย์และฮิวมัสมีพันธะทางเคมีกับผิวของอนุภาคดินเหนียว เป็นการเชื่อมที่แข็งแรงและสลับซับซ้อนมาก อนุภาคดินจึงเกาะกันแน่น

       2) การเชื่อมด้วยสารอนินทรีย์พวกเหล็กและอะลูมินัมออกไซด์ ช่วยยึดอนุภาคดินข้างเคียงเข้าด้วยกันอย่างเหนียวแน่น 

       3) มีการเกาะกันของอนุภาคดินเหนียวที่เชื่อมด้วยสะพานแคตไอออนเวเลนซีสูง เช่น ไอออนของเหล็ก (Fe²⁺ และ Fe³⁺) และอะลูมินัม (Al³⁺)

       ในขั้นนี้จุลินทรีย์ดินมีส่วนเกี่ยวข้อง คือ จุลินทรีย์ดินย่อยสลายซากพืชและเศษวัสดุอินทรีย์ต่างๆ จนกลายเป็นฮิวมัสซึ่งเป็นสารที่ค่อนข้างคงทนหรือสลายตัวยาก เมื่อฮิวมัสแทรกตัวเข้าไปอยู่ระหว่างอนุภาคแร่ดินเหนียว และทำปฏิกิริยากับเหล็กหรืออะลูมินัมอันเป็นองค์ประกอบของดินเหนียว การเชื่อมระหว่างอนุภาคต่างๆก็มีความซับซ้อน แข็งแรงและคงทนอย่างยิ่ง เพราะจุลินทรีย์เข้าไปย่อยฮิวมัสส่วนนั้นได้ยาก

4. สมบัติของดินที่เกี่ยวข้องกับโครงสร้างดิน

    สมบัติของดินที่เกี่ยวข้องกับการเกิดและเสถียรภาพของโครงสร้างดินมี 2 ประการ คือ

       1) สมบัติดั้งเดิมของดิน ที่เป็นปัจจัยส่งเสริมการเกิดเม็ดดินขนาดเล็กได้แก่ อินทรียวัตถุ ดินเหนียว แคตไอออน (ไอออนประจุบวก) ที่มีประจุบวกมากกว่าหนึ่ง เช่น แคลเซียมไอออน (Ca²⁺), เฟอรัสไอออน (Fe²⁺), เฟอริกไอออน (Fe³⁺) และ อะลูมินัมไอออน (Al³⁺)

       2) สมบัติดินที่เปลี่ยนแปลงได้เสมอ และเป็นปัจจัยส่งเสริมการเกิดเม็ดดินขนาดใหญ่ คือ สมบัติทางชีวภาพ ซึ่งสิ่งมีชีวิตที่มีบทบาทสำคัญได้แก่ไส้เดือน รากพืช แบคทีเรียและเชื้อรา สำหรับรากพืชนอกจากจะมีอิทธิพลต่อการเกิดโครงสร้างดินแล้วยังช่วยในการพัฒนาช่องขนาดใหญ่ด้วย ส่วนสารเหนียวบางชนิดที่จุลินทรีย์ดินขับออกมาช่วยเชื่อมให้เกิดเม็ดดินนั้น คงสภาพได้ไม่นานเพราะสลายง่าย ต้องมีมาเพิ่มเติมอยู่เสมอเม็ดดินจึงคงสภาพอยู่ได้ แต่ฮิวมัสซึ่งทนต่อการสลายตัวทำให้เม็ดดินมีเสถียรภาพเป็นเวลานาน

       จึงอาจสรุปได้ว่า ดินที่มีอินทรียวัตถุ ดินเหนียว และออกไซด์ของเหล็กและอะลูมินัมสูง จะเป็นดินที่มีโครงสร้าง และเม็ดดินคงทนต่อการแยกสลายโดยกิจกรรมทางการเกษตร เช่น การไถพรวน และการกระแทกของเม็ดฝน

5. ความสำคัญของโครงสร้างดิน

       เมื่อดินได้พัฒนาจนมีโครงสร้างที่ดีแล้ว ดินนั้นจะมีสัดส่วนของช่องว่างขนาดเล็กและขนาดใหม่พอเหมาะสำหรับกระบวนการทางชีวภาพในดิน การเคลื่อนย้ายของน้ำและธาตุอาหาร การอุ้มน้ำ การระบายน้ำ การถ่ายเทอากาศ เมื่อใดก็ตามที่โครงสร้างถูกทำลาย ดินจะแปรสภาพจากการเกาะกลุ่ม มาเป็นอนุภาคเดี่ยว ซึ่งมีผลเสีย คือ (1) เกิดชั้นแข็งปิดผิวดินง่าย ทำให้เมล็ดพืชไม่งอก (ภาพที่ 5) และ (2) มีการอัดตัวแน่นของชั้นดิน ทำให้รากพืชไม่พัฒนา  

ภาพที่ 5 ดินบนที่มีโครงสร้างเลวจะเกิดแผ่นแข็งปิดผิวดิน (surface soil crust) ซึ่งขัดขวางการงอกของเมล็ดพืช

       ส่วนช่องภายในโครงสร้างของเม็ดดินมีความสำคัญดังนี้

       (1) ช่องขนาดเล็ก เส้นผ่าศูนย์กลางน้อยกว่า 0.08 มิลลิเมตร เป็นที่อยู่ของน้ำในดิน และ

       (2) ช่องระหว่างเม็ดดินเป็นช่องขนาดใหญ่และมีเส้นผ่าศูนย์กลางมากกว่า 0.08 มิลลิเมตร ใช้สำหรับการระบายน้ำและการถ่ายเทอากาศ นอกจากนั้นยังเป็นที่อยู่ของสิ่งมีชีวิตในดิน และเป็นช่องทางที่รากไชชอนไปได้ง่าย

6. การปฏิบัติเพื่อรักษาโครงสร้างที่ดีของดินไว้

    การส่งเสริมการเกิดโครงสร้างดิน ทำให้โครงสร้างดินมีเสถียรภาพ และรักษาเสถียรภาพของโครงสร้างดินให้ดำรงอยู่นาน คือ

    (1) ไม่เผาซากพืชหลังการเก็บเกี่ยว แต่พรวนกลบลงไปในดิน เพื่อให้เป็นอาหารของจุลินทรีย์ 

    (2) ไม่ปล่อยให้ผิวดินว่าง ควรใช้เศษซากพืชเป็นวัสดุคลุมดินหรือมีพืชคลุมดิน เพื่อป้องกันการกระแทกของเม็ดฝนโดยตรง

    (3) ไถพรวนเท่าที่จำเป็น

    (4) ควรใส่ปุ๋ยอินทรีย์เพื่อชดเชยส่วนที่สลายไปในรอบปี และ

    (5) ควรใส่ปูนในดินกรด เนื่องจากแคลเซียมและแมกนีเซียมในปูนเป็นสารเชื่อมให้เกิดเม็ดดิน แต่ถ้าดินมีสภาพใกล้เป็นกลางอยู่แล้วไม่ต้องใส่ปูน

                                                          ...................................