ซิลิคอนในดิน

ในระยะนี้ท่านผู้อ่านอาจจะยังไม่มีกระจิตกระใจใฝ่ทราบในการเกษตรกันมากนัก เพราะบางพื้นที่ก็แล้ง บางพื้นที่ก็มีฝน ต่างประเทศอย่างอเมริกาก็เจอพายุแซนดี้ถล่มอย่างหนัก ทางตอนเหนือของประเทศไทยเรา ทั้งเวียดนามและจีนก็ไม่แพ้กันมีพายุให้ได้ติดตามตื่นเต้นกันไม่เว้นแต่ละวัน ก็จะขอนำข้อมูลที่เกี่ยวกับซิลิคอนที่นับวันได้รับความสนใจ และนักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบประโยชน์ที่สำคัญเพิ่มมากขึ้นทุกวัน จนเกือบจะเรียกได้ว่าเป็นแร่ธาตุที่กึ่งจำเป็นสำหรับพืชในบางชนิดไปแล้ว ในคราวนี้ก็จะให้ทราบถึงแหล่งที่มาของซิลิคอนที่ต่างๆ เชิญติดตามกันต่อครับ....

แม้ซิลิคอนจะเป็นธาตุซึ่งมีในชั้นผิวโลกมากเป็นที่สองรองจากออกซิเจน แต่ส่วนใหญ่เป็นองค์ประกอบของแร่ซึ่งละลายยาก ที่ละลายได้และอยู่ในสารละลายดินมีเพียงเล็กน้อย ซิลิคอนในดินอยู่ในรูปซิลิคอนไดออกไซด์ (Sio₂) หรือซิลิก้า (silica) และเป็นองค์ประกอบในแร่อะลูมิโนซิลิเกตชนิดต่างๆ เช่น แร่ควอต์ (quartz) แพลจิโอเคลส (plagioclase)  ออร์โทเคลส (orthoclase) และเฟลด์สปาร์ (feldspars) ในแร่ดินเหนียวเช่น เคโอลิไนต์ (kaolinite) เวอร์มิคิวไลต์ (vermiculite) และสเมคไทต์ (smectite) ตลอดจนซิลิก้าอสัณฐาน (amorphous silica) ส่วนรูปของธาตุนี้ในสารละลายดินส่วนมาก คือกรดโมโนซิลิสิค  [monosilicic acid, H₄Sio₄ หรือ Si(OH)₄] และกรดพอลิซิลิซิก (polysilicicacid) สภาพละลายได้ของกรดดังกล่าวในน้ำ (ที่ 25 ^o C) ประมาณ 2 มิลลิโมลาร์ หรือ 56 มิลลิกรัม Si ต่อลิตร  ความเข้มข้นของกรดโมโนซิลิซิก ในสารละลายดินโดยเฉลี่ยอยู่ระหว่าง 14-20 มิลลิกรัม Si/ลิตร หากมีค่าเกิน 56 มิลิลกรัม Si/ลิตร ถือว่าเป็นสารละลายอิ่มตัวอย่างยิ่ง กรดดังกล่าวจะเริ่มรวมตัวเป็นพอลิเมอร์ หากบอกความเข้มขึ้นของกรดซิลิซิก ในสารละลายดินด้วยหน่วยมิลลิโมลาร์ จะมีอยู่ระหว่าง 0.01 ถึง 1.99 มิลลิโมลาร์ ค่านี้อาจผันแปรอยู่เสมอเนื่องจาก 1) พืชดูดไปใช้ 2) มีการสลายและละลายออกมาจากแร่ 3) การดูดซับที่ผิวของเซสควิออกไซด์ (sesquioxides) ในดิน สำหรับดินเขตร้อนมีเซสควิออกไซด์มาก เป็นเหตุให้มีการดูดซับมากด้วย นอกจากนี้ความเป็นประโยชน์ของซิลิกอนจะลดลง เมื่อดินมี pH สูงกว่า 7 (Marschner, 1995) ปริมาณซิลิคอนที่รากพืชดูดได้ ขึ้นอยู่กับ 1) ระดับความเป็นประโยชน์ของซิลคอนในดิน ซึ่งสกัดได้ด้วยสารละลาย 0.01 โมลาร์ CaCl₂ (10-60 มก./กก.) และ 2) ปริมาณซิลิคอนซึ่งมีอยู่ในดิน (150-300 ก.Si/กก.) ผลการวิเคราะห์ใบกล้วย ได้ความเข้มข้นระหว่าง 2.73 ถึง 7.66 %Si(Henriet et al.,2008)

กรดโมโสซิลิสิคในดินมีพฤติกรรมที่สำคัญดังนี้ 1) ส่วนมากดูดซับที่ผิวของคอลลอยด์ดินอย่างหลวมๆ และเคลื่อนย้ายลงสู่ชั้นดินล่างได้น้อย 2) ซิลิเกตุแอนไออนอมีสมบัติคล้ายคลึงกับฟอสเฟตแอนไออนอ จึงแก่งแย่งกันในการทำปฏิกิริยา หากซิลิเกตแอนไอออนในสารละลายดินมีมาก จะเข้าแทนที่ฟอสเฟตซึ่งถูกตรึงให้ออกมาอยู่ในสารละลายดินและเป็นประโยชน์ต่อพืช นอกจากนั้นกรดโมโนซิลิซิก ยังทำปฏิกิริยากับโลหะหนัก ได้สารประกอบซิลิเกตที่ไม่ค่อยละลายน้ำ

ส่วนกรดพอลิซิลิซิกในสารละลายดิน ต่างจากกรดโมโนซิลิซิก เนื่องจากไม่ไวต่อปฏิกิริยา มีภาวะเป็นคอลลอยด์และทำหน้าที่เป็นสารดูดซึม (absorbent) จึงเข้าดูดซับกับผิวของอนุภาคแร่และทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมอนุภาคแร่ให้เป็นกลุ่ม ได้เม็ดดินเล็กๆ ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการเกิดโครงสร้างดินนอกจากนี้กรดพอลิซิลิซิกยังดูดซับโมเลกุลของน้ำได้มาก จึงมีบทบาทส่วนหนึ่งในการเพิ่มความชื้นที่เป็นประโยชน์ในดิน (Mengel and Kirkby, 1987)

ในด้านปฏิกิริยาของซิลิคอนในดินนั้น สารประกอบซิลิคอนที่ละลายน้ำได้ เช่นกรดโมโนซิลิซิกและกรดพอลิซิลิซิก มีผลต่อสมบัติทางเคมีของดินมาก เนื่องจากกรดโมโนโลซิลิซิกทำปฏิกิริยากับอะลูมิเนียมเหล็กและแมงกานีส ได้เกลือซิลิเกตที่ละลายน้ำยาก เช่น

  2Al³⁺ + 2H₄SiO₄  Al₂Si₂O₅ + 2H⁺ + 3H₂O

  2Al³⁺ + 2H₄SiO₄  + H₂O  Al₂Si₂O₅  (OH)₄+ 6H⁺

กรดโมโนซิลิซิกความเข้มข้นต่ำหรือสูง เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะหนัก (Cd, Pb, Zn, Hg และ อื่นๆ) จะได้ผลปฏิกิริยาที่มีสภาพละลายได้ต่างกัน กล่าวคือ ถ้ากรดโมโนซิลิซิกมีความเข้มข้นต่ำ จะได้สารประกอบที่ละลายน้ำง่าย แต่ถ้ากรดมีความเข้มข้นสูง จะได้สารประกอบที่ละลายน้ำน้อยลง

  2Zn²⁺ + H₄SiO₄  Zn₂SiO₄ + 4H⁺

ซิลิคอนช่วยลดพิษของอะลูมิเนียมต่อพืชโดยกรดโมโนซิลิซิกทำปฏิกิริยากับอะลูมิเนียมไอออนได้สารเชิงซ้อนไฮดรอกซีอะลูมิเนียม หรือเหล็ก จึงเพิ่มความเป็นประโยชน์ของฟอสฟอรัสในดิน (Synder et al., 2007)

  กรดซิลิซิกมีความคล้ายคลึงกับกรดบอริก [B(OH)₃]  หลายประการ เช่น 1) เป็นกรดอ่อน 2) ทำปฏิกิริยากับเพ็กทินและพอลิฟินอลในผนังเซลล์ได้ดี 3) ส่วนใหญ่อยู่ในผนังเซลล์ อย่างไรก็ตามซิลิคอนเป็นธาตุอาหารที่จำเป็นสำหรับพืชบางชนิด และมีผลด้านเสริมประโยชน์แก่พืชส่วนมาก เมื่อพืชมีภาวะความเครียดจากสภาพแวดล้อมที่ไม่เหมาะสม (Epstein, 1994) (แหล่งที่มา ยงยุทธ โอสถสภา. ธาตุอาหารพืช /ยงยุทธ  โสถสภา. –พิมพ์ครั้งที่ 3. – กรุงเทพฯ : สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์, 2552)

มนตรี บุญจรัส

ชมรมเกษตรปลอดสารพิษ www.thaigreenagro.com