ที่มา http://203.158.184.2/elearning/SoilScience/unit1001.htm

กลไกของธาตุอาหารเข้าสู่ส่วนต่าง ๆ ของพืช
ก่อนที่ธาตุอาหารจะเข้าไปในต้นพืชนั้น มีกลไกในการเข้าสู่ต้นพืชได้ 3 วิธี คือ
1. กระบวนการไหล ( Mass flow) ธาตุอาหารพืชจะเข้าสู่รากพืชในรูปของสารละลายเมื่อสารละลายมีปริมาณมากจึง ไหลเข้าสู่รากพืช กระบวนการนี้ส่วนใหญ่เกิดเมื่อพืชมีการคายน้ำและพืชสามารถชดเชยน้ำที่หายไป โดยวิธีนี้ กลไกลวิธีนี้มักเป็นการดูดไนโตรเจน แคลเซียม และกำมะถัน เข้าสู่รากพืช 

2. กระบวนการแพร่ ( Diffusion) เป็นวิธีการที่ธาตุอาหารพืชเข้าสู่พืชเมื่อความเข้มข้นแตกต่างกัน นั่นคือสารละลายในดินมีความเข้มข้นน้อยกว่าในพืช จึงดึงดูดธาตุอาหารเข้าไปสู่รากพืชได้ กลไกลแบบนี้ส่วนใหญ่ดูดธาตุ ฟอสฟอรัส และโพแทสเซียม

3. กระบวนการยืดตัวของราก ( Root interception) รากพืชจะยืดตัวออกไปสัมผัสสารละลายดินและดูดธาตุอาหารเข้าไปในรากพืช แล้วกลับมายังผนังเซลด์ด้านนอกใหม่ เพื่อจับไอออนตัวต่อไปเข้าไปยังผนังด้านในของพืช โดยวิธีการเดียวกัน การจับระหว่างไอออนและตัวพานี้เป็นการจับกันเป็นสารประกอบโดยเลือกจับไอออน เฉพาะเท่านั้น ทั้งนี้เพราะตัวพาจะเลือกจับเฉพาะประจุที่ประกอบเป็นสารประกอบได้ ซึ่งขึ้นกับปัจจัยหลายอย่าง เช่น ความเข้มข้น จับไอออนที่อยู่ในสารละลายที่มีความเข้มข้นน้อย เคลื่อนย้ายไปยังสารละลายภายในเซลล์พืชที่มีความเข้มข้นมาก


ภาพที่ 10.1 แสดงการเปรียบเทียบการเคลื่อนที่ของธาตุอาหารเข้าไปยังรากพืชด้วยกระบวนการ ไหล ( Mass flow) และการแพร่ ( Diffusion) (Singer and Munns, 1992)

จากภาพที่ 10.1 จะเห็นได้ว่าธาตุอาหารจากภายนอกที่อยู่ในสารละลายดินเข้าสู่รากพืชโดยวิธี กระบวนการไหลนั้นมีการคายน้ำของพืช พืชสามารถชดเชยน้ำได้โดยการดูดสารละลายมาจากดินซึ่งมีธาตุอาหารปนอยู่ด้วย วิธีการประเมินการไหลของธาตุอาหารได้จากสมการ

Q = V x C
Q = อัตราการไหลของสารละลาย ( Mass flow rate)
V = อัตราการไหลของน้ำ ( Water flow rate)
C = ความเข้มข้นของสารละลายในดิน ( Ion concentration in soil solution)

สำหรับ การเกิดกระบวนการแพร่นั้น เกิดจากความเข้มข้นของสารละลายในราก และในดินแตกต่างกัน สารละลายในดินมีความเข้มข้นน้อยกว่า จึงดูดธาตุอาหารเข้าสู่รากพืชได้ เราสามารถประเมินจากสูตร

Q = A.K. dC / dx
A = พืชที่ในการไหล
k = ค่าคงที่
dC / dx = อัตราส่วนของค่าความเข้มข้นในการแพร่ของสารละลาย

เป็นการยากที่จะเข้าใจถึงกลไกการสมดุลของประจุไฟฟ้า ในการดูดและสะสมธาตุอาหารของพืช ธาตุประจุบวกถูกดูดเข้ามาในเซลล์พืชและปลดปล่อย H+ ที่อยู่ที่ผิวรากพืชให้อยู่ในสารละลายดิน หรือ ประจุลบจะเกิดภายในเซลล์ เพื่อปรับความสมดุลของประจุบวกภายในพืชอย่างไรก็ตามธาตุอาหารประจุลบจะถูก ดูดเพื่อชดเชยในการปรับความสมดุลของประจุบวก ที่สูญเสียไปและ / หรือ ไบคาร์บอเนต์ ( HCO3- ) จะถูกสกัดให้ออกมาอยู่ในสารละลายดิน

ธาตุอาหารสามารถเข้าสู่ภายในพืชได้แทบทุกส่วน ทั้งนี้เพราะผิวของพืชมีรูพรุน รอยแตกหรือช่องเปิด ที่ให้ธาตุอาหารต่าง ๆ เข้าไปได้ส่วนต่าง ๆ ของพืชที่ธาตุอาหารส่วนใหญ่เข้าไปภายในพืชได้แก่ ใบ ลำต้น และราก ดังมีรายละเอียด ดังนี้

ใบ ที่ใบมีปากใบ ( Stomata) ได้แก่ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และปลดปล่อยออกซิเจนออกมาขณะที่ทำการสังเคราะห์แสง ไฮโดรเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบของน้ำจะเข้าไปยังภายในต้นพืชโดยเข้าทางปากใบ เช่นกันแต่ถ้าเปรียบเทียบกับน้ำที่เข้าทางรากพืช มีปริมาณมากกว่าเข้าทางใบหลายเท่า ประจุอื่น ๆ ก็เข้าสู่ส่วนต่าง ๆ ของพืชได้ทั้งทางปากใบและรากเช่นกัน สำหรับจุลธาตุนั้นให้โดยการพ่นทางใบเช่นเดียวกัน

ลำต้น อาจ มีรอยแตกซึ่งธาตุอาหารสามารถเข้าสู่ภายในพืชทางรอยแตกของคิวติน ( Cutin) และพลาสโมเดสมาตา ( Plasmodestmata) ซึ่งเป็นท่อเล็ก ๆ เชื่อมเซลล์ในชั้นผิวด้านนอก ( Epidermis) และเซลล์อื่น ๆ ปริมาณสารละลายเข้าสู่ภายในพืชทางใบและลำต้นได้แตกต่างกัน ขึ้นกับสารเคลือบใบที่มีลักษณะคล้ายขี้ผึ้ง ( Waxy cuticle) ว่าเคลือบบางหรือหนา ถ้าไม่มีสารเคลือบใบทำให้สารละลายเข้าสู่ภายในพืชง่าย แต่ถ้าสารเคลือบหนาสารละลายเข้าสู่ภายในพืชยากขึ้น

ราก สารละลายส่วนใหญ่ เข้าสู่เซลล์ภายในพืชในรูปไอออน โดยผ่านทางรากขนอ่อน ( Root hairs) ซึ่งมีทั้งไอออนบวก และไอออนลบโดยสารเพคติน ( Pectin) ซึ่งเป็นองค์ประกอบของผนังเซลล์และมีอยู่มากที่ผิวตอนปลายของรากขนอ่อน สามารถจับไฮโดรเจนไอออน ( H + ) และไฮดรอกซิลไอออน ( OH - ) จะแลกเปลี่ยนกับไอออนบวกต่าง ๆ ทั้งที่อยู่ในสารละลายดินที่ผิว

คลิกเพื่อดูภาพขยาย ภาพที่ 10.2 แสดงทิศทางการดูดธาตุอาหารของพืชจากดินทางรากขนอ่อน ( Miller และ Donahue, 1990) อนุภาคดินและฮิวมัส เช่น Ca++ Mg++ NH+4 เป็นต้น ในขณะที่ไฮดรอกซิลไอออนจะแลกเปลี่ยนกับไอออนลบ เช่น SO4= NO3- CO3= เมื่อมีการแลกเปลี่ยน เช่นนี้ธาตุอาหารพืชจึงเข้าสู่เซลล์พืชได้ ดังภาพที่ 10.2

ภาพที่ 10.2 แสดงทิศทางการดูดธาตุอาหารของพืชจากดินทางรากขนอ่อน ( Miller และ Donahue, 1990)