การแยกส่วนฟอสฟอรัสอนินทรีย์และอินทรีย์ และสมบัติดินที่สัมพันธ์กับความเป็นประโยชน์ของฟอสฟอรัสในดินเนื้อปูนของประเทศไทย
Article Sidebar
Main Article Content
บทคัดย่อ
ความเป็นมาและวัตถุประสงค์: ฟอสฟอรัส (P) เป็นธาตุหลักที่จำกัดการเติบโตและการให้ผลผลิตพืชที่ปลูกในดินเนื้อปูน การศึกษารูปทางเคมีของ P ช่วยให้การจัดการเพื่อเพิ่มความเป็นประโยชน์ของ P ในดินเนื้อปูนมีประสิทธิภาพ การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อแยกส่วนทางเคมีของฟอสฟอรัสอนินทรีย์และอินทรีย์และศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างรูปของฟอสฟอรัสกับสมบัติของดินเนื้อปูนของประเทศไทย
วิธีดำเนินการวิจัย: วิเคราะห์ฟอสฟอรัสอนินทรีย์ด้วยการสกัดลำดับขั้นและชนิดของฟอสฟอรัสอินทรีย์ด้วยวิธี 31P นิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์ (31P NMR) ในตัวอย่างดินเนื้อปูนในอันดับมอลลิซอลส์และเวอร์ทิซอลส์ในจังหวัดลพบุรีและจังหวัดนครสวรรค์ และหาความสัมพันธ์ระหว่างรูปฟอสฟอรัสกับสมบัติดินโดยการวิเคราะห์องค์ประกอบหลักและการจัดกลุ่มตัวแปรเพื่อระบุแหล่งฟอสฟอรัสที่มีศักย์เป็นประโยชน์ต่อพืช
ผลการวิจัย: ดินเนื้อปูนที่ศึกษามีฟอสฟอรัสอนินทรีย์อยู่ในรูปที่เป็นประโยชน์ช้าและรูปที่ทนทาน และอยู่ในรูปแร่อะพาไทต์มากที่สุด ชนิดของฟอสฟอรัสอินทรีย์อยู่ในรูป orthophosphate monoester มากที่สุด รองลงมาคือ DNA-P, RNA, lipid-P และ aromatic diester ตามลำดับ นอกจากนี้ 31P NMR สามารถตรวจพบฟอสฟอรัสรูปอื่นปริมาณน้อย ได้แก่ pyrophosphate, phosphonate และ orthophosphate ในสารสกัด ผลการวิเคราะห์แบบจัดกลุ่มตัวแปรและองค์ประกอบหลักจากสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์ระหว่างรูปของ P กับสมบัติดินเนื้อปูน สามารถแบ่งกลุ่มแหล่งฟอสฟอรัสที่มีศักย์ความเป็นประโยชน์ ได้ 4 กลุ่ม ได้แก่ กลุ่มที่ 1) P รูปที่เป็นประโยชน์ทันที ซึ่งมีสหสัมพันธ์สูงกับ P ในรูปอะพาไทต์ กลุ่มที่ 2) P ที่อยู่ในอนุภาคขนาดดินเหนียว กลุ่มที่ 3) P ที่อยู่ในอินทรียวัตถุ และกลุ่มที่ 4) P ที่อยู่ในสารประกอบแคลเซียมคาร์บอเนต
สรุป: ฟอสฟอรัสอนินทรีย์ในรูปอะพาไทต์และฟอสฟอรัสอินทรีย์ในรูป orthophosphate monoester พบมากที่สุดในดินเนื้อปูน แร่อะพาไทต์ อนุภาคดินเหนียว อินทรียวัตถุ และปูนคาร์บอเนตเป็นแหล่งฟอสฟอรัสที่มีศักย์ความเป็นประโยชน์ในดินเนื้อปูน การเพิ่มความเป็นประโยชน์ของฟอสฟอรัสในดินเนื้อปูนควรส่งเสริมการละลายของฟอสฟอรัสในรูปแร่อะพาไทต์ และการปลดปล่อยฟอสฟอรัสจากอินทรียวัตถุในดิน
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
References
Afif, E., A. Matar and J. Torrent. 1993. Availability of phosphate applied to calcareous soils of west Asia and North Africa. Soil Sci. Soc. Am. J. 57(3): 756–760. https://doi.org/10.2136/sssaj1993.03615995005700030022x.
Ahlgren, J., L. Tranvik, A. Gogoll, M. Waldebäck, K. Markides and E. Rydin. 2005. Sediment depth attenuation of biogenic phosphorus compounds measured by 31P NMR. Environ. Sci. Technol. 39(3): 867–872. https://doi.org/10.1021/es049590h.
Alewell, C., B. Ringeval, C. Ballabio, D.A. Robinson, P. Panagos and P. Borrelli. 2020. Global phosphorus shortage will be aggravated by soil erosion. Nat. Commun. 11: 4546. https://doi.org/10.1038/s41467-020-18326-7.
Amato, M. and J.N. Ladd. 1988. Assay for microbial biomass based on ninhydrin-reactive nitrogen in extracts of fumigated soil. Soil Biol. Biochem. 20(1): 107–114. https://doi.org/10.1016/0038-0717(88)90134-4.
Auppathumpanont, P., N. Chittamart and T. Darunsontaya. 2018. Fertility capability of calcareous soils in Thailand. Journal of Agriculture. 34(3): 411–423. (in Thai)
Bloom, P.R. 2000. Soil pH and pH buffering, pp. 333–352. In M.E. Summer, ed. Handbook of Soil science. CRC Press, Florida, USA.
Brady, N.C. and R.R. Weil. 2008. The Nature and Properties of Soils. 14th edition. Practice-Hall, Inc., New Jersey, USA.
Bray, R.H. and L.T. Kurtz. 1945. Determination of total, organic, and available forms of phosphorus in soils. Soil Sci. 59: 39–45. https://doi.org/10.1097/00010694-194501000-00006.
Bünemann, E.K., P. Marschner, R.J. Smernik, M. Conyers and A.M. McNeill. 2008. Soil organic phosphorus and microbial community composition as affected by 26 years of different management strategies. Biol. Fertil. Soils. 44: 717–726. https://doi.org/10.1007/s00374-007-0254-2.
Cade-Menun, B.J. and C.M. Preston. 1996. A comparison of soil extraction procedures for 31P NMR spectroscopy. Soil Sci. 161(11): 770–785. http://doi.org/10.1097/00010694-199611000-00006.
Castillo, M.S. and A.L. Wright. 2008. Microbial activity and phosphorus availability in a subtropical soil under different land uses. World J. Agric. Sci. 4(3): 314–320.
Chittamart, N., A. Suddhiprakarn, I. Kheoruenromne and R.J. Gilkes. 2010. Layer-charge characteristics of smectite in Thai Vertisols. Clays Clay Miner. 58(2): 247–262. https://doi.org/10.1346/CCMN.2010.0580209.
Cole, C.V. and R.D. Heil. 1981. Phosphorus effects on terrestrial nitrogen cycling. Ecol. Bull. (Stockholm). 33: 363–374.
Crews, T.E. 1996. The supply of phosphorus from native, inorganic phosphorus pools in continuously cultivated Mexican agroecosystems. Agric. Ecosyst. Environ. 57(2–3): 197–208. https://doi.org/10.1016/0167-8809(95)01013-0.
Delgado, A., A. Madrid, S. Kassem, L. Andreu and M.C. Campillo. 2002. Phosphorus fertilizer recovery from calcareous soils amended with humic and fulvic acids. Plant Soil. 245: 277–286. https://doi.org/10.1023/A:1020445710584.
Dong, L., Z. Yang, X. Liu and G. Liu. 2012. Investigation into organic phosphorus species in sediments of Baiyangdian Lake in China measured by fractionation and 31P NMR. Environ. Monit. Assess. 184: 5829–5839. https://doi.org/10.1007/s10661-012-2550-z.
Enzweiler, J. and M.A. Vendemiatto. 2004. Analysis of sediments and soils by X-ray fluorescence spectrometry using matrix corrections based on fundamental parameters. Geostand. Geoanal. Res. 28(1): 103–112. https://doi.org/10.1111/j.1751-908X.2004.tb01046.x.
Garg, S. and G.S. Bahl. 2008. Phosphorus availability to maize as influenced by organic manures and fertilizer P associated phosphatase activity in soils. Bioresour. Technol. 99(13): 5773–5777. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.10.063.
Gee, G.W. and J.W. Bauder. 1986. Particle–size analysis, pp. 383–411. In A. Klute, ed. Methods of Soil Analysis Part 1: Physical and Mineralogical Methods. 2nd edition. American Society of Agronomy, Inc., Soil Science Society of America, Inc., Wisconsin, USA.
Hedley, M.J., J.W.B. Stewart and B.S. Chauhan. 1982. Changes in inorganic and organic soil phosphorus fractions induced by cultivation practices and by laboratory incubation. Soil Sci. Soc. Am. J. 46(5): 970–976. https://doi.org/10.2136/sssaj1982.03615995004600050017x.
Jantamenchai, M., T. Sukitprapanon, D. Tulaphitak, W. Mekboonsonglarp and P. Vityakon. 2022. Organic phosphorus forms in a tropical sandy soil after application of organic residues of different quality. Geoderma. 405: 115462. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115462.
Kheoruenromne, I. 1990. Soil of Thailand: Characteristics, Distribution and Usage. Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Kasetsart University, Bangkok, Thailnad. (in Thai)
Leytem, A.B. and R.L. Mikkelsen 2005. The nature of phosphorus in calcareous soils. Better Crops. 89(2): 11–13.
Li, H., T. Zhang, S.M. Shaheen, H. Abdelrahman, E.F. Ali, N.S. Bolan, G. Li and J. Rinklebe. 2022. Microbial inoculants and struvite improved organic matter humification and stabilized phosphorus during swine manure composting: multivariate and multiscale investigations. Bioresour. Technol. 351: 126976. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.126976.
Liu, J., H. Wang, H. Yang, Y. Ma and O. Cai. .2009. Detection of phosphorus species in sediments of artificial landscape lakes in China by fractionation and phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy. Environ. Pollut. 157: 49–56. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2008.07.031.
Martín-Sanz, R.C., F. Lafuente and M.B. Turrión. 2022. Characterization of soil phosphorus in different land use over calcareous soils by chemical extraction methods and 31P-NMR spectroscopy. Rev. Cienc. Agrar. 45(4): 397–401. https://doi.org/10.19084/rca.28502.
Mattingly, G.E.G. 1975. Labile phosphate in soils. Soil Sci. 119(5): 369–375. https://doi.org/10.1097/00010694-197505000-00007.
Mohanty, S., N.K. Paikaray and A.R. Rajan. 2006. Availability and uptake of phosphorus from organic manures in groundnut (Arachis hypogea L.)–corn (Zea mays L.) sequence using radio tracer technique. Geoderma. 133(3–4): 225–230. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2005.07.009.
Motavalli, P. and R. Miles. 2002. Soil phosphorus fractions after 111 years of animal manure and fertilizer applications. Biol. Fertil. Soils. 36: 35–42. https://doi.org/10.1007/s00374-002-0500-6.
Murphy, J. and J.P. Riley. 1962. A modified single solution method for the determination of phosphate in natural waters. Anal. Chim. Acta. 27: 31–36. https://doi.org/10.1016/S0003-2670(00)88444-5.
Nash, D.M., P.M. Haygarth, B.L. Turner, L.M. Condron, R.W. McDowell, A.E. Richardson, M. Watkins and M.W. Heaven. 2014. Using organic phosphorus to sustain pasture productivity: a perspective. Geoderma. 221–222: 11–19. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2013.12.004.
National Soil Survey Center. 1996. Soil Survey Laboratory Methods Manual. Soil Survey Investigation Report No. 42. Version 3.0. Natural Resources Conservation Service, United States Department of Agriculture, Washington, D.C., USA.
Olsen, S.R. and L.E. Sommers. 1982. Phosphorus, pp. 403–430. In A.L. Page, ed. Methods of Soil Analysis. Part 2. Chemical and Microbiological Properties. 2nd edition. Agronomy No. 9. American Society of Agronomy, Inc., Soil Science Society of America, Inc., Madison, Wisconsin, USA.
Osotsapar, Y. 1999. Micronutrients in crop production in Thailand. In Proc. the International Workshop on Micronutrient in Crop Production, November 8–13, 1999.
Pardo, P., J.F. Lopez-Sanchez and G. Rauret. 2003. Relationships between phosphorus fractionation and major components in sediments using the SMT harmonised extraction procedure. Anal. Bioanal. Chem. 376(2): 248–254. https://doi.org/10.1007/s00216-003-1897-y.
Reitzel, K., J. Ahlgren, H. DeBrabandere, M. Waldebäck, A. Gogoll, L. Tranvik and E. Rydin. 2007. Degradation rates of organic phosphorus in lake sediment. Biogeochemistry. 82(1): 15–28. https://doi.org/10.1007/s10533-006-9049-z.
Rowland, A.P. and P.M. Haygarth. 1997. Determination of total dissolved phosphorus in soil solutions. J. Environ. Qual. 26(2): 410–415. https://doi.org/10.2134/jeq1997.00472425002600020011x.
Ruban, V., J.F. López-Sánchez, P. Pardo, G. Rauret, H. Muntau and Ph. Quevauviller. 1999. Selection and evaluation of sequential extraction procedures for the determination of phosphorus forms in lake sediment. J. Environ. Monit. 1: 51–56. https://doi.org/10.1039/A807778I.
Shen, Y., Y. Duan, N. McLaughlin, S. Huang, D. Guo and M. Xu. 2019. Phosphorus desorption from calcareous soils with different initial Olsen-P levels and relation to phosphate fractions. J. Soils Sediments. 19: 2997–3007. https://doi.org/10.1007/s11368-019-02292-9.
Soil Survey Division. 1975. Detailed Reconnaissance Soil Map of Lop Buri in Thailand (Scale 1:100,000). Land Development Department, Bangkok, Thailand. (in Thai)
Soil Survey Division. 1981. Detailed Reconnaissance Soil Map of Nakhon Sawan in Thailand (Scale 1:100,000). Land Development Department, Bangkok, Thailand. (in Thai)
Stevenson, F.J. 1986. Cycles of Soil: Carbon, Nitrogen, Phosphorus, Sulfur, Micronutrients. John Wiley & Sons, New York, USA.
Sui, Y., M.L. Thompson and C.W. Mize. 1999. Redistribution of biosolid-derived total phosphorus applied to a Mollisol. J. Environ. Qual. 28(4): 1068–1074. https://doi.org/10.2134/jeq1999.00472425002800040002x.
Tiessen, H., J.W.B. Stewart and C.V. Cole. 1984. Pathways of phosphorus transformations in soils of differing pedogenesis. Soil Sci. Soc. Am. J. 48(4): 853–858. https://doi.org/10.2136/sssaj1984.03615995004800040031x.
Turner, B.L. and A.B. Leytem. 2009. Phosphorus speciation in soils and manures by solution 31P NMR spectroscopy, pp. 95–101. In J.L. Kovar and G.M. Pierzynski, eds. Methods for Phosphorus Analysis for Soils, Sediments, Residuals and Waters. 2nd edition. Southern Cooperative Series Bulletin No. 408. North Carolina State University, North Carolina, USA.
Turner, B.L., N. Mahieu and L.M. Condron. 2003. The phosphorus composition of temperate pasture soils determined by NaOH–EDTA extraction and solution 31P NMR spectroscopy. Org. Geochem. 34(8): 1199–1210. https://doi.org/10.1016/S0146-6380(03)00061-5.
Von Wandruszka, R. 2006. Phosphorus retention in calcareous soils and the effect of organic matter on its mobility. Geochem. Trans. 7: 6. https://doi.org/10.1186/1467-4866-7-6.
Wang, J., W.Z. Liu, H.F. Mu and T.H. Dang. 2010. Inorganic phosphorus fractions and phosphorus availability in a calcareous soil receiving 21-year superphosphate. Pedosphere. 20(3): 304–310. https://doi.org/10.1016/S1002-0160(10)60018-5.
Xin, X., X. Zhang, W. Chu, J. Mao, W. Yang, A. Zhu, J. Zhang and X. Zhong. 2019. Characterization of fluvo-aquic soil phosphorus affected by long-term fertilization using solution 31P NMR spectroscopy. Sci. Total Environ. 692: 89–97. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.07.221.
Yan, J., T. Jiang, Y. Yao, S. Lu, Q. Wang and S. Wei. 2016. Preliminary investigation of phosphorus adsorption onto two types of iron oxide-organic matter complexes. J. Environ. Sci. 42: 152–162. https://doi.org/10.1016/j.jes.2015.08.008.
Zhang, T.Q., A.F. Mackenzie and F. Sauriol. 1999. Nature of soil organic phosphorus as affected by long-term fertilization under continuous corn (Zea mays L.): a 31P NMR study. Soil Sci. 164(9): 662–670.
Zhang, Z., L. Yan, H. Yu, T. Yan and X. Li. 2019. Adsorption of phosphate from aqueous solution by vegetable biochar/layered double oxides: fast removal and mechanistic studies. Bioresour. Technol. 284: 65–71. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.03.113.