บทความชุด “ดิน ธาตุอาหารและปุ๋ย” เพื่อ “เพิ่มผลผลิต”

เรื่องที่ 16 ปุ๋ยเคมีที่ให้ธาตุฟอสฟอรัส

รองศาสตราจารย์ ดร. ยงยุทธ โอสถสภา

ภาควิชาปฐพีวิทยา คณะเกษตร กำแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

1. คำนำ

     ปุ๋ยฟอสเฟต (ปุ๋ยฟอสฟอรัส) คือ ปุ๋ยที่มีธาตุฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบ ในปัจจุบันผลิตโดยการนำหินฟอสเฟตมาแปรสภาพด้วยกระบวนการทางเคมี เพื่อให้ฟอสฟอรัสที่เป็นองค์ประกอบในหินฟอสเฟต อยู่ในรูปที่ใช้ประโยชน์ง่าย

      หินฟอสเฟต (phosphate rock) คือ หินซึ่งมีแร่อะพาไทต์ (apatite) เป็นองค์ประกอบสำคัญ และขุดได้จากแหล่งใต้ดิน (ภาพที่ 1) เป็นวัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตปุ๋ยฟอสเฟตที่ละลายน้ำง่าย เริ่มจากการนำหินฟอสเฟตมาผลิตกรดฟอสฟอริก (H₃PO₄) ต่อจากนั้นจึงนำกรดฟอสฟอริกมาผลิตปุ๋ยฟอสเฟตชนิดชนิดต่างๆ เช่น โมโนแอมโมเนียมฟอสเฟต (MAP สูตร 11-55-0) ไดแอมโมเนียมฟอสเฟต (DAP สูตร 18-46-0) และทริปเปิลซูเปอร์ฟอสเฟต (สูตร 0-46-0) ในบทนี้จะอธิบายรายละเอียดเรื่องปุ๋ยไดแอมโมเนียมฟอสเฟต

ภาพที่ 1 การทำเหมืองหินฟอสเฟต เพื่อนำมาใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตปุ๋ยฟอสเฟต

2. การผลิตกรดฟอสฟอริก

    กรดฟอสฟอริกผลิตได้จากปฏิกิริยาระหว่างหินฟอสเฟตบดกับกรดซัลฟิวริก (กรดกำมะถัน) ผลปฏิกิริยามี 2 อย่างคือ กรดฟอสฟอริก (H₃PO₄) ซึ่งเป็นของเหลว และยิปซัม (CaSO₄.H₂O) ซึ่งเป็นของแข็ง จึงแยกออกจากกันด้วยการกรอง (filtration)  ดังภาพที่ 2

ภาพที่ 2 กระบวนการผลิตกรดฟอสฟอริก

3. การผลิตและสมบัติของปุ๋ยไดแอมโมนียมฟอสเฟต

   3.1 การผลิต

      ปุ๋ยไดแอมโมเนียมฟอสเฟต (diammonium phosphate, DAP) สูตร 18-46-0 ผลิตได้จากปฏิกิริยาระหว่างแอมโมเนีย (NH₃) กับกรดฟอสฟอริก (H₃PO₄) ดังสมการ

                                      2NH₃ + H₃PO₄ ¾¾® (NH₄)₂HPO₄  

       ปุ๋ยไดแอมโมเนียมฟอสเฟตมี 2 แบบคือ

       1) ปุ๋ยรูปผลึก มีไนโตรเจนทั้งหมด 21 %N และ ฟอสเฟตที่เป็นประโยชน์ 52 %P₂O₅ ปุ๋ยประเภทนี้เหมาะสำหรับใช้ทางใบหรือใช้ร่วมกับระบบชลประทาน

       2) ปุ๋ยชนิดเม็ด โดยทั่วไปมีสูตร 18-46-0 เหมาะสำหรับให้พืชทางดิน (ภาพที่ 5.10)

ภาพที่ 3 ปุ๋ยไดแอมโมเนียมฟอสเฟตสูตร 18-46-0

        กระบวนการผลิตปุ๋ยไดแอมโมเนียมฟอสเฟตชนิดเม็ด สูตร 18-46-0 มี 3 ขั้นตอนดังนี้

         1)ให้แอมโมเนียทำปฏิกิริยากับกรดฟอสฟอริกในถังทำให้เป็นกลางล่วงหน้า (preneutralizer)   โดยกำหนดโมลเรโชของ NH₃ : H₃PO₄ เท่ากับ 2:1 ได้ไดแอมโมเนียมฟอสเฟตเป็นของเหลวข้น

         2).ส่งของเหลวเข้มข้นไปยังเครื่องปั้นเม็ด เพื่อแปรสภาพเป็นปุ๋ยชนิดเม็ด

         3).ลดความชื้นด้วยการอบ คัดขนาดและลดอุณหภูมิ   

   3.2 สมบัติของปุ๋ย

        สมบัติทางเคมีและสมบัติทางฟิสิกส์ของปุ๋ยไดแอมโมเนียมฟอสเฟตมีดังนี้

        1) สมบัติทางเคมี

              สมบัติทางเคมีที่สำคัญของปุ๋ยไดแอมโมเนียมฟอสเฟตมีดังนี้   

             (1) องค์ประกอบทางเคมี คือ (NH₄)₂HPO₄  เมื่อเป็นสารเคมีบริสุทธิ์มีไนโตรเจนทั้งหมด 21.19%N และฟอสเฟตทั้งหมด 53.76%P₂O₅ ปุ๋ยเคมีชนิดเม็ดมีปริมาณธาตุอาหารรับรอง คือ มีไนโตรเจนทั้งหมด 18%N และฟอสเฟตทั้งหมด 46%P₂O₅

            (2) เมื่อไดแอมโมเนียมฟอสเฟต 1 โมเลกุลละลายน้ำ จะแตกตัวให้แอมโมเนียมไอออน (NH₄⁺) จำนวน 2 ไอออน และโมโนไฮโดรเจนฟอสเฟตไอออน (HPO₄^2-) จำนวน 1 ไอออน  

            (3) สารละลาย 0.1 นอร์มาลของไดแอมโมเนียมฟอสเฟตมีค่าพีเอช 7.8

            (4) เป็นปุ๋ยก่อกรด สภาพกรดสมมูล 74 ซึ่งหมายความกว่าหากไม่พิจารณาภาวะบัฟเฟอร์ของดินแล้ว สภาพกรดที่เกิดในดินจากปุ๋ย 100 กก.ต้องการแคลเซียมคาร์บอเนต 74 กก.ในการทำให้เป็นกลาง

     2) สมบัติทางฟิสิกส์

              สมบัติทางฟิสิกส์ที่สำคัญของปุ๋ยไดแอมโมเนียมฟอสเฟตเมื่อเป็นสารเคมีบริสุทธิ์มีดังนี้

              (1) ความหนาแน่นอนุภาค 1.619 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร

              (2) สภาพละลายน้ำจนถึงจุดอิ่มตัว 57.5 กรัม/น้ำ 100 มิลลิลิตรที่  10 องศาเซลเซียส

4. ภาพรวมการเปลี่ยนแปลงของปุ๋ยไดแอมโมนียมฟอสเฟตในดิน

   เมื่อใส่ปุ๋ยไดแอมโมเนียมฟอสเฟตชนิดเม็ดลงไปในดินจะมีการเปลี่ยนแปลง 3 แบบ

   1) เม็ดปุ๋ยดูดความชื้นแล้วค่อยๆละลาย เกลือไดแอมโมเนียมฟอสเฟตอันเป็นองค์ประกอบของปุ๋ยจึงแตกตัวให้ แอมโมเนียมไอออนจำนวน 2 ไอออน และฟอสเฟตไอออนจำนวน 1 ไอออน

   2) รากพืชดูดแอมโมเนียมไอออนและฟอสเฟตไอออน

       (1) การดูดแอมโมเนียมไอออน พืชใช้โปรตีนขนส่งที่เยื่อหุ้มเซลล์สำหรับดูดแอมโมเนียมไอออนจากดิน เข้าไปในเซลล์

       (2) การดูดฟอสเฟตไอออน  เยื่อหุ้มเซลล์ของพืชมีโปรตีนพาหะ และช่องผ่านไอออน สำหรับการดูดฟอสเฟตไอออนจากดิน           

   3) ปฏิกิริยาของแอมโมเนียมไอออนและฟอสเฟตไอออนในดิน

       (1) ปฏิกิริยาของแอมโมเนียมไอออนในดินที่รากพืชยังไม่ได้ดูดไปใช้และคงอยู่ในดิน จะทำปฏิกิริยากับดิน ดังรายละเอียดที่กล่าวแล้วในเรื่องปุ๋ยไนโตรเจน

       (2) ปฏิกิริยาของฟอสเฟตไอออนในดิน ที่สำคัญคือ การตรึงฟอสฟอรัสหรือการตรึงฟอสเฟตของดิน

5. การตรึงฟอสเฟต

       การตรึงฟอสฟอรัส เป็นปฏิกิริยาของฟอสเฟตไอออนกับองค์ประกอบของดิน ทำให้ฟอสเฟตไอออนซึ่งเป็นประโยชน์ กลายเป็นรูปที่ไม่เป็นประโยชน์ต่อพืช ปฏิกิริยาการตรึงมี 2 ส่วน คือ การดูดซับและการตกตะกอน ซึ่งขึ้นอยู่กับพีเอชของดินดังนี้

       1) ในดินกรด: ฟอสเฟตไอออนทำปฏิกิริยากับเหล็กและอะลูมินัมกลายเป็นสารประกอบเหล็กฟอสเฟตและอะลูมินัมฟอสเฟตแล้วตกตะกอนเป็นแร่ทุติยภูมิ หรือฟอสเฟตไอออนดูดซับที่ผิวของอนุภาคเหล็กออกไซด์ อะลูมินัมออกไซด์และแร่ดินเหนียว

       2) ในดินที่มีปฏิกิริยาเป็นกลาง เป็นด่าง หรือในดินเนื้อปูน: ฟอสเฟตไอออนตกตะกอนกลายเป็นแร่ทุติยภูมิ คือ แคลเซียมฟอสเฟต และแมกนีเซียมฟอสเฟต หรือฟอสเฟตไอออนดูดซับอย่างแข็งแรงที่ผิวแร่ดินเหนียวและแร่แคลไซต์

6. การปลดปล่อยฟอสเฟตออกมารักษาสมดุล

      เมื่อความเข้มข้นของฟอสเฟตไอออนในสารละลายดินลดลงมาก เนื่องจากรากพืชและจุลินทรีย์ดูดไปใช้ประโยชน์  จะมีการปลดปล่อยฟอสเฟตไอออนออกจากส่วนของฟอสฟอรัสที่เปลี่ยนรูปง่ายมาทดแทน ขณะเดียวกันฟอสฟอรัสที่เปลี่ยนรูปยาก ก็ทยอยปรับเปลี่ยนมาเป็นประเภทที่เปลี่ยนรูปง่าย

        ส่วนของฟอสฟอรัสในดิน ที่จะทยอยปลดปล่อยฟอสเฟตไอออนออกมาสู่สารละลายดินมี 3 รูป คือ   

        1) ฟอสเฟตที่ดูดซับอยู่กับผิวของอนุภาคเหล็กออกไซด์ อะลูมินัมออกไซด์และแร่ดินเหนียวบางชนิด

        2) ตะกอนของสารประกอบฟอสเฟตบางส่วนที่พอจะละลายได้

        3) สารอินทรีย์ฟอสเฟตบางส่วนที่โครงสร้างโมเลกุลไม่สลับซับซ้อน

7. การสูญหายของฟอสฟอรัสออกไปจากดิน

    ฟอสฟอรัสในดินอาจสูญหายจากดินได้ 3 ทาง คือ

          1) พืชดูดไปสะสมแล้วติดไปกับผลผลิตหรือส่วนของพืชที่เก็บเกี่ยว         

          2) การชะละลาย กล่าวคือเมื่อมีน้ำส่วนเกินไหลผ่านชั้นดิน น้ำจะชะเอาฟอสเฟตไอออนไป

          3) การกร่อนดิน โดยติดไปกับอนุภาคดินถูกพัดพาออกไปจากพื้นที่

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