Charge Characteristics ของดิน ด้วยวิธี STPT พัฒนาโดยอาจารย์ ซากุไร (Sakurai et al., 1988)

การวิเคราะห์วิธีนี้ใช้กันที่ Lab. of Soil Environ. Science & Plant Nutrition มหาวิทยาลัย Kochi ประเทศ ญีปุ่น

วิธีนี้ถ้ามีจำนวนตัวอย่างดินมากและใช้ pipet หรือ micro pipet จะค่อนข้างเสียเวลาในการเตรียมความเข้มข้นของกรดไฮโดรคลอริกในสารละลายดินที่แตกต่างกัน 7 อย่าง ดังนั้นการใช้เครื่อง Automatic dispenser เพื่อเตรียมความเข้มข้นของสารละลายดินน่าจะเป็นทางเลือกที่น่าพิจารณา

นอกจากนี้ยังต้องจัดหาขวดแก้วบรรจุตัวอย่างดินให้เพียงพอ เนื่องจากดินหนึ่งตัวอย่าง จะใช้ขวดแก้ว 7 ขวด

PZSE (Point of zero salt effect) & σp

I.   Reagent
         1.      0.1 M HCl
         2.      2 M NaCl
Dry the approximately 13 g NaCl in the oven with 105 ^oC for 1 hour, and subsequently cool down it in desiccators for 30 minute.
Dilute NaCl 11.688 g (measure exactly) to 100 ml with deionized water. 

II.   Procedure
   1.      Weight 2.00 g soil and transfer it into 50 ml grass bottle. 
   2.      Prepare it 7 sets totally using same soil. 
   3.      Add 7 difference concentration of 20 ml HCl solution to them;
          e.g.
           (1) 20 ml (deionized water) + 0.0 (0.1 M HCl)
           (2)   19.8 +0.2
           (3)   19.5+ 0.5
           (4)   19.2+ 0.8
           (5) 19.0+1.0
           (6)   18.5+ 1.5
           (7)   18.0 + 2.0       
           *Bold concentration must be prepared.
           *Maximum of additional HCl is 2.5 ml.

   4.      Shake by hand for 10 second.
   5.      Keep them 4 days (shake by hand 1 time for 10 second per day).
   6.      Measure the pH ---------------------- pH1
   7.      Add NaCl 0.5 ml
   8.      Shake by reciprocal machine for 3 hours.
   9.      Measure the pH ---------------------- pH2

III.   Caluculation
    1.    Calculate the amount of adsorbed H⁺ in the pH1 and pH2 using following formula.
              H⁺ = (added HCl ml x blank ml) x 0.1 N/1000 x 1000 x 100g/2g
: where blank is the value selected from two tables showing next pages.

    2.    Draw the graph and obtain the value of ZPC and σp.
Draw the two curve lines: relationships between value of adsorbed H⁺ and pH on the both pH1 and pH2.
The pH at the intersection point means PZSE.
Amount of absorbed H⁺ at the PZSE means the σp.

[จรัณธร]

 

ผมได้ลองใช้ micro pipet เพื่อเตรียมความเข้มข้นของสารละลาย พบว่าใช้เวลาไม่มากนัก บางครั้งถ้ามีการปรับความถูกต้องของตัว micro-pipet ให้ดีเพียงพอ ผมคิดว่าสามารถจัดเตรียมสารละลายได้รวดเร็วพอๆ กันหรืออาจจะเร็วว่าการใช้เครื่อง aotomatic dispenser ซะอีก ก็ขึ้นอยู่กับทักษะการทำงานของแต่ละบุคลลครับ

[จรัณธร]

ผมมีความสุขมากครับช่วงนี้ เนื่องจากได้ปิดแลปวิเคราะห์ทางเคมีไปเรียบร้อยแล้ว  (ลากันซะที เคมีวิเคราะห์)

ผมจะได้กลับไปมีความสุขกับสิ่งผมเติบโตขึ้นมา นั่นก็คือ GIS นี่เอง หลังจากทิ้งกันไปชั่วคราว แค่สองปีครึ่งเองนะ

แต่ก่อนที่ชีวิตผมจะห่างจากพวกเคมีเหล่านี้ไป ผมคงต้องบันทึกเกี่ยวกับปัญหาที่พบในขั้นตอนการแปลผลด้าน negative charge characteristics ซะก่อน

ผลจากการทำวิเคราะห์ Zigma P (Net permanent charge) นี่ทำให้ผมต้องปวดหัวเกี่ยวกับการสร้างกราฟการดูดซับอะตอมโปรตรอนของดินตัวอย่าง

ก็การคำนวณจำนวนประจุของโฮโดรเจนที่ได้ มันดูไม่สวยงามซะเลย  ก็เลยทำให้ผมไม่รู้ว่าจะเลือก วิธีไหนมาเลือกสร้างเส้นกราฟแนวโนม (trendline) ดี มีตัวเลือกทั้ง linear, log, polynomial, expo, และอีกมากมาย

ถามรุ่นพี่ก็บอกแค่ว่า  ใช้แบบไหนก็ได้ที่ให้ค่า r square มีค่าสูงที่ยอมรับได้ ก็ประมาณ 0.9  พูดง่ายแต่ทำยาก เพราะในหนึงรูปกราฟ  จะต้องมี เส้นกราฟสองเส้น ลากมาตัดกัน

[จุดตัดระหว่างกราฟสองเส้นนั้น แสดงถึงค่า pH ที่อนุภาคดินจะดูดซับไฮโดรเจนและไฮดรอกไซด์ไออนในปริมาณที่เท่ากัน ทำให้ net charge of variable มีค่าเป็นศูนย์ (มักเรียกว่า ZPC, point of zero charge)]

การสร้างเส้นแนวโนมของข้อมูลทั้งชุด  ควรจะสร้างด้วยวิธีเดียวกัน แต่ถ้าใช้ต่างวิธี เช่น สร้างเส้นแนวโน้มของข้อมูลชุดแรกด้วย linear  แต่ข้อมูลชุดที่สองใช้วิธี polynomial กำลังสอง   ผลที่ได้คือ  จุดตัดกันระหว่างเส้นกราฟสองเส้น จะต่างตำแหน่งกัน และส่งผลต่อการคำนวณหาค่า PZSE และ Zigma P 

ดังนั้นการเลือกวิธีการสร้างเส้นแนวโน้มที่เหมาะสมจะเป็นสิ่งสำคัญที่สุดในการคำนวณหาค่าทั้งสองที่กล่าวมา

ผมเลยไปถามอาจารย์น่าจะเป็นทางออกที่ดีที่สุด  ก็อาจารย์ซากุไร ที่เป็นต้นกำเนิดวิธีการวิเคราะห์นี้ขึ้นมานี่แหละครับ 

เกินคาดครับ  อาจารย์ท่านใจดีต่อผมมากครับ ถ่ายเอกสารมาให้ผมหนึ่งแผ่น เป็นสูตรการคำนวณหาค่า PZSE   แถมเป็นภาษาญีปุ่นซะด้วย (แล้วก็ไม่เห็นมีบอกเลยว่าใช้วิธีอะไรสร้างกราฟ)

งานนี้ผมเลยต้องเดาใจอาจารย์ว่า ท่านหมายถึงอะไร ผมก็สรุปเองว่าสงสัยเป็นวิธีการเรียนแบบญีปุ่นมั๊งครับ ที่เรียนแบบ learning by doing  แต่นิสัยที่ติดตัวของผมจะเป็น learning by listening ซะมากกว่า   ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่มีมากเลยสำหรับนักวิจัยทุกรุ่น

แต่ผมว่าอาจารย์ของผมคงลึกซึ้งมากกว่านั้น คือให้นักเรียนของเขาเรียนรู้ by discovering ซะมากกว่า  และปล่อยให้เด็กมีความอิสระทางความคิดงานวิจัยสูง  ซึ่งต่างจากแลปอื่นๆ ในญี่ปุ่น

ผมอาจจะโชคดีหรือเปล่านี่  ที่อาจารย์ปล่อยให้ดำเนินการวิจัยเองทุกขั้นตอน ส่วนท่านคอยทำหน้าที่เสมือนพี่เลี้ยงคอยให้คำแนะนำในด้านต่างๆ (แต่ส่วนใหญ่ให้เราตัดสินใจเองทุกที)  เราคล้ายกับเป็น research project leader

ที่จริงตำแหน่งนี้ผมยังไม่อยากได้นะ   ผมว่า ผมเป็นแค่นักเรียนปริญญาเอกเองนะ ยังไม่แกร่งถึงขั้นนั้น  สงสัยจะฝึกผมเร็วไปหน่อยมั๊ง  คงเผื่อเอาไว้สำหรับในอนาคตอันใกล้

ส่งกลับมาเรื่อง การสร้างเส้นกราฟแนวโน้มต่อครับ ตกลงผมเลือกวิธี polynomial กำลังสอง เพราะเส้นกราฟมีค่า r square สูงจนยอมรับได้ (ที่จริงมันดูสวยดีผมเลยเลือก...อ่ะไม่ใช่...ผมพูดเล่นครับ) แล้วผมก็มีทางเลือกที่สองคือ ใช้ไม้บรรทัดกระดูกงู ที่สามารถงอคดโค้งได้ตามที่เราต้องการ ไม่แน่ใจว่าเรียก spline หรือเปล่า  ก็นำมาสร้างเส้นโค้งแสดงแนวโน้มของชุดข้อมูลได้ดีพอสมควรครับ

ข้อสังเกตที่พบคือ บางตัวอย่างดิน ไม่สามารถหาจุดตัดกันระหว่างกราฟทั้งสองเส้นได้  ไม่ว่าสร้างเส้นกราฟด้วยวิธีไหนก็ตาม นั้นอาจจะเป็นเพราะดินมีความเป็นกรดสูงทำให้ไม่สามารถหาค่า ZPC ได้  เนื่องจากปริมาณ variable charge จะผันแปรไปตามค่า soil pH   ผมไม่ได้ถามอาจารย์โดยตรง เดี๋ยวโดนด่าว่า  มีอยู่ในหนังสือทำไมไม่หาอ่านเอง  (ผมจะลงในรายละเอียดเพิ่มเติมครับ หลังจากหาเอกสารอ้างอิงได้นะครับ)

[จรัณธร]

สำหรับดินที่ไม่สามารถหาค่า PZSE กับ zigma P อาจจะเป็นเพราะว่า เนื้อดินเป็นทรายมากเกินไป ทำให้ไม่สามารถคำนวณหาค่านั้นได้ 

ตกลงผมก็ยังไม่ทราบกลไกลทางเคมีอยู่ดี ว่าทำไมถึงหาค่าเหล่านี้ไม่ได้ ยังต้องค้นคว้าหาอ่านจากหนังสือต่อไปครับ

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

บันทึกเพื่อความเข้าใจและกันลืมเกี่ยวกับการเผาแปลงและค่า PZSE

จากที่ผมได้เกรินว่าค่าของ PZSE จะแปรผันไปตามการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ในดิน

นั่นชี้ให้เห็นว่า การเผาวัสดุบนผิวดินระหว่างขั้นตอนการเตรียมพื้นที่เพาะปลูก อาจจะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงค่า PZSE ได้ไม่ทางตรงการทางอ้อม เพราะหลังจากเผาแปลงเพาะปลูก ค่า pH ของดินจะสูงขึ้นอย่างไม่มีทางหลีกเลี่ยง เนื่องจากขี้เถ้าที่เหลือจากการเผามีฤทธิ์เป็นด่าง (ซึ่งมีปริมาณ Ca, Mg, K และ Na สูงมาก)  ทำให้เกิดการปรับปรุงดินให้มีความเป็นกลางมากขึ้น (pH สุงขึ้น)

แต่ก็มีพื้นที่หลายแห่งที่ค่า PZSE ไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากการเผาแปลง นั่นเป็นเพราะความรุนแรงของไฟมีไม่เพียงพอ (ประมาณต่ำกว่า 200องศา C) ที่จะไปเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของอินทรีย์วัตถุและแร่ดินเหนียวที่อยู่ในดิน

หมายเหตุ: ค่า PZSE สามารถบ่งชี้ถึงปริมาณ negative variable charge ของดิน ซึ่งประจุลบที่ผันแปรเหล่านี้ได้มาจาก อินทรีย์วัตถุ  แร่ดินเหนียวพวก kaolin และ อ๊อกซไซด์ของเหล็กและอะลูมินั่ม