บทรีวีว หนังสือการร่วมมือกับสารอาหาร
บทรีวิวหนังสือ การทำงานร่วมกันกับสารอาหาร:
คู่มือทำสวนอินทรีย์เพื่อให้พืชได้รับสารอาหารอย่างเหมาะสม
Teaming with nutrients: The organic gardener’s guide to optimizing plant nutrition เขียนโดย Jeff Lowenfels ผู้เขียน Teaming with microbes
ถ้าหากคุณกำลังมองหาวิถีการทำเกษตรที่ยั่งยืนมากขึ้นและที่สำคัญคือกำลังมองหาแนวการทำเกษตรหรือไร่สวนแบบปลอดสารพิษ หนังสือเล่มนี้จะช่วยคุณให้เกิดความเข้าใจมากยิ่งขึ้นเกี่ยวกับระบบการทำงานของพืช เพราะเรียกได้ว่าเป็นหนังสือคู่มือในการทำไร่สวนหรือทำเกษตรแบบปลอดสารพิษที่อัดแน่นไปด้วยระบบการทำงานของพืช หนังสือเล่มนี้เปิดโอกาสให้เราได้เรียนรู้เกี่ยวกับประเด็นดังต่อไปนี้ (นี่เป็นเพียงส่วนหนึ่งจากหนังสือเท่านั้น)
- พืชทั้งต้นประกอบขึ้นด้วยสารประกอบอะไรบ้าง
- พืชได้รับสารอาหารจากแสงแดดและจากดินอย่างไร
- สารอาหารอะไรบ้างที่พืชต้องการใช้ในการเจริญเติบโตและขาดไม่ได้เลย
- การทำงานในระดับเซลล์ ระดับโมเลกุล และระดับอะตอมของพืชเกี่ยวข้องกันอย่างไรบ้าง
- เชื้อรา แบคทีเรีย และจุลินทรีย์ต่างๆในดินทำงานร่วมกันกับพืชอย่างไรและเพื่ออะไร
- ความสำคัญของการเพาะปลูกพืชแบบปลอดสารพิษและความผิดพลาดของการใช้ปุ๋ยเคมี
- ปัจจัยที่ส่งผลต่อการมีอยู่ของสารอาหารในดิน
ประเด็นต่างๆที่พึ่งจะกล่าวไปนั้นอัดแน่นอยู่ในหนังสือเล่มนี้ ผู้เขียนบทความนี้เองก็มองว่า พวกเราทั้งหลายจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องเข้าใจก่อนว่า พืชทำงานอย่างไร กินอาหารอย่างไร สารอาหารสำคัญและสารอาหารที่พืชขาดไม่ได้ ซึ่งพืชนำเข้าไปหล่อเลี้ยงทั้งลำต้นให้เติบใหญ่นั้นมีอะไรบ้าง เพราะสิ่งเหล่านี้เองที่จะทำให้ความจำเป็นในการใช้ปุ๋ยเคมีลดน้อยลงไปเรื่อยๆจนถึงต้องหยุดใช้ไปเลย เพราะเมื่อตอนที่เราเข้าใจแล้วว่า พืชเป็นสิ่งมีชีวิตที่สามารถดำรงอยู่ได้เองโดยปราศจากความช่วยเหลือที่ผิดๆของระบบเกษตรกรรมยุคใหม่ พืชสามารถหาสารอาหารเองได้โดยที่ไม่ต้องใส่ปุ๋ยเคมีบำรุงส่วนต่างๆของพืชเลย ฉะนั้น เรามาเริ่มกันที่ประเด็นสำคัญๆที่กล่าวไปด้านบนกันก่อน!
พืชทั้งต้นประกอบขึ้นด้วยสารประกอบอะไรบ้าง
ตอนนี้ก็ขอให้ลองจินตนาการถึงภาพพืชสักต้นที่คุณชื่นชอบ หรือมองออกไปดูต้นไม้ต้นโปรดของคุณพร้อมๆกัน เพื่อง่ายต่อความเข้าใจของเราร่วมกัน “ไม่ว่าพืชนั้นๆจะโตที่ไหนหรือจะโตมากน้อยอย่างไรก็ตาม สารอาหารทั้งหมดที่พืชทุกชนิดต้องการและต้องได้รับเพื่อการอยู่รอดและการสืบพันธุ์นั้นมีอยู่ทั้งหมด 17 ธาตุอาหาร” จากกว่า 90 ชนิดที่มีอยู่ตามธรรมชาติ เพียงแค่ 17 ธาตุอาหารเท่านั้นที่หล่อเลี้ยงพืชและสัตว์ (สัตว์ในที่นี้คือนมุษย์ด้วยนะอย่าลืม) เพราะพวกเราก็กินทั้งพืชและสัตว์ที่หล่อเลี้ยงมาจากธาตุอาหารเหล่านี้ การรวมตัวกันของสารประกอบทั้ง 17 ชนิดนี้ส่งผลให้พืชเติบโตอย่างงดงาม สารประกอบทั้งหมดนี้ก็จะแบ่งออกเป็น กลุ่มสารอาหารหลักที่พืชต้องการในปริมาณมาก หรือ Macronutrients และ กลุ่มสารอาหารรองที่พืชต้องการเพียงปริมาณน้อยแต่ก็ขาดไม่ได้เลย หรือ Micronutrients สารอาหารสำคัญทั้งสองกลุ่มมีความจำเพาะในการปฏิบัติหน้าที่ของมันเอง และไม่มีสารอื่นใดจะมาทำหน้าที่แทนสารเหล่านี้ได้เลย ทั้งนี้พืชอาจจะประกอบไปด้วยสารอาหารอื่นด้วยที่นอกเหนือไปจากสารประกอบหลักทั้ง 17 ชนิดดังที่กล่าวไป และสารประกอบรองอื่นๆที่ไม่สำคัญแต่ก็ขาดไม่ได้ หรือ Nonessential elements ก็ยังมีประโยชน์ต่อพืชอีกด้วย ซึ่งมีอยู่ประมาณ 30 และ 60 สารประกอบรองในพืช เช่น ในสาหร่ายทะเล ก็จะเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องที่อุดมไปด้วยธาตุอาหารต่างๆถึง 60 สารประกอบตามธรรมชาติ แม้สารเหล่านี้จะส่งผลดีและบำรุงพืชในบางครั้ง แต่พืชก็ขาดสารเหล่านี้ไม่ได้เลย แต่พืชจะไม่โตและจะไม่สามารถสืบพันธุ์ต่อได้เลยถ้าหากพืชขาดสารประกอบหลักทั้ง 17 ชนิด ซึ่งแบ่งออกดังนี้
สารอาหารหลัก (Macronutrients)
ได้แก่ คาร์บอน (C) ไฮโดเจน (H) ออกซิเจน (O) ไนโตรเจน (N) ฟอสฟอรัส (P) โพแทสเซียม (K) แคลเซียม (Ca) แมกนีเซียม (mg) ซัลเฟอร์ (S)
สารอาหารรอง (Micronutrients)
ได้แก่ โบรอน (B) คอร์รีน (Cl) ทองแดง (Cu) เหล็ก (Fe) แมงกานีส (Mn) สังกะสี (Zn) โมลิบดีนัม Molybdenum (Mo) นิกเกิล Nickel (Ni)
(สารอาหารรองเหล่านี้มีอยู่ในดินอยู่แล้วไม่จำเป็นต้องใส่เพิ่มลงไป ยกเว้นแต่ พบเห็นสัญญาณการขาดความสุมดุลของการเจริญเติบโตของต้นพืช นั่นก็คือพืชโตช้าผิดปกติ)
พืชทั้งต้นประกอบขึ้นด้วย คาร์บอน(C) ไฮโดเจน(H) และออกซิเจน(O) คิดป็น 96 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งแบ่งออกเป็น คาร์บอน 45 เปอร์เซ็นต์ และออกซิเจนอีก 45 เปอร์เซ็นต์ อีก 6 เปอร์เซ็นต์คือ ไฮโดเจน ที่เหลืออีก 4 เปอร์เซ็นต์คือ สารประกอบสำคัญอีก 14 สาร ซึ่งรวมกันทั้งหมดแล้วก็จะเป็น 17 สารประกอบที่พืชต้องการและขาดไม่ได้เลย!
พืชได้รับสารอาหารจากแสงแดดและจากดินอย่างไร
ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจก่อนว่า พืชสารมาถได้รับพลังงานอยู่ 2 ทางด้วยกัน นั่นก็คือ จากทางใบและทางราก กระบวนการที่พืชต่างๆได้รับพลังงานจากการใช้ใบดูดแสงแดดก็เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความสามารถในการสังเคราะห์แสงของพืช แต่กระบวนการนี้ค่อนข้างซับซ้อนและละเอียดอ่อน เพราะเชื่อว่าหลายๆคนคงจะยังคงสับสนกันอยู่ว่า กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชทำงานอย่างไรกันแน่ จะขอสรุปง่ายๆพอสังเขปเพื่อความเข้าใจเบื้องต้นให้คุณผู้อ่านดังต่อไปนี้
การสังเคราะห์ด้วยแสงเกิดขึ้นที่เซลล์ภายในของพืชที่เรียกว่า โคโรพลาส หรือ Chloroplast ซึ่งในโคโรพลาสจะประกอบไปด้วยสารสีเขียวที่เรียกว่า โคโรฟิลล์ หรือ Chlorophyll และโคโรฟิลล์จะทำหน้าที่ดูดพลังงานที่มีในแสงแดดไปไว้ที่โคโรพลาสเพื่อเปลี่ยนก๊าสคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ให้เป็นน้ำตาลและแป้ง จากนั้นก็จะถูกลำเลียงไปยังส่วนต่างๆที่พืชต้องการนำไปใช้ และส่วนที่เหลือก็จะถูกลำเลียงลงไปสะสมไว้ที่รากเพื่อใช้ในยามจำเป็นต่อไป
ซึ่งแสงจะปล่อยพลังงานในรูปของไออนประจุลบ และภายในโคโรพลาสจะปล่อยไอออนประจุบวก จึงเกิดการดึงดูดพลังงานจากภายนอกเข้าไปในเซลล์ได้ การทำงานในระดับเซลล์พืชเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและอย่างต่อเนื่องกัน ส่วนประกอบทั้งภายนอกและภายในของเซลล์พืชทำงานร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพ จึงทำให้เรามองเห็นต้นพืชนั้นๆหรือต้นไม้นั้นๆสง่างามยิ่ง เพราะนั่นคือสัญญาณที่บ่งบอกว่าภายในเซลล์พืชทำงานได้อย่างไม่ขาดตกบกพร่องเลย
พืชได้รับสารอาหารจากดินอย่างไร
สารอาหารที่มีอยู่ในดินส่วนมากจะอยู่ในรูปไอออนประจุลบ และสารอาหารนั้นๆจะเข้าไปในเซลล์ของพืชได้จะต้องอยู่ในรูปของไอออนประจุบวกเสมอ ยกเว้นแต่สารประกอบรองชนิดเดียวที่เป็นไอออนประจุลบ นั่นก็คือธาตุโบรอน(B) (มันสามารถเคลื่อนย้ายผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ และธาตุโบรอนจะอยู่ที่ ผนังเซลล์ จำป็นต่อการสร้างท่อเกสร หรือ Pollen tubes โบรอนมีส่วนร่วมในการเคลื่อนย้ายโมเลกุลของแป้งและน้ำตาลไปทั่วทั้งลำต้นพืช) และธาตุไนโตรเจน(N) จะอยู่ในรูปไอออนทั้งประจุบวกและประจุลบ
ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า ภายในเซลล์ของพืชจะเป็นประจุบวกและดึงดูดกับโมเลกุลสารประกอบที่มีอยู่ในดินซึ่งเป็นประจุลบเข้าด้วยกัน พืชจึงได้รับสารอาหารที่จำเป็นและที่ต้องการได้อย่างง่ายๆ แล้วสารอาหารไหลผ่านเข้าสู่พืชได้อย่างไร? สารอาหารผ่านเข้าสู่เซลล์พืชได้ 3 ช่องทางหลักๆ ได้แก่ การดูดซับสารอาหารในดินที่มีแหล่งสารอาหารต่างๆและนำเข้าสู่ขนรากโดยตรง หรือ Interception และการดูดซึมอย่างรวดเร็ว หรือ Mass flow และการกระจายตัวผ่านสารละลายน้ำ หรือ Diffusion พืชได้รับสารอาหารจากน้ำและจากดินโดย เซลล์ขนรากหรือ Root hair cells เซลล์ขนราก เป็นเซลล์เนื้อเยื่อชนิดพิเศษของราก แต่ล่ะขนรากคือเซลล์แต่ละเซลล์ มีความสำคัญมากๆสำหรับการได้รับสารอาหาร ทำหน้าที่เป็นเหมือนดวงตาของรากพืช ธาตุแคลเซียมจะเข้าสู่พืชทางขนรากเป็นส่วนใหญ่ เซลล์ขนรากนำเอาธาตุแคลเซียมไปใช้เพื่อแผ่ขยายรากไปเรื่อยๆ หากรากสะดุดก้อนหิน รากก็จะชอนไชไปทางอื่นเพื่อได้พบเจอกับธาตุแคลเซียมอีกครั้งและขยายรากต่อไป
ซึ่งสารอาหารต่างๆและน้ำที่เข้าสู่ต้นพืชทางเซลล์ของขนรากก็จะถูกส่งไปที่ท่อลำเลียงน้ำและอาหารของพืชที่เรียกว่า ท่อ Xylem ซึ่งอยู่ที่จุดศูนย์กลางของรากพืช และทำหน้าที่ลำเลียงน้ำและสารอาหารไปในทิศทางเดียวกัน นั่นก็คือ ลำเลียงน้ำและสารอาหารจากรากขึ้นสู่ลำต้นและใบของพืช เซลล์เนื่อเยื่ออีกส่วนหนึ่งที่ทำหน้าที่คล้ายๆกันเรียกว่า ท่อ Phloem ซึ่งทำหน้าที่ลำเลียงน้ำตาลที่ได้จากการสังคราะห์ด้วยแสงร่วมกันกับกรดอะมิโนและสารอินทรีย์ต่างๆที่ถูกสังเคราะห์จากเซลล์แล้ว ท่อ Phloem จะทำงานได้ 2 ทิศทาง คือลำเลียงน้ำตาลและสารอาหารต่างๆที่สะสมไว้ในรากขึ้นไปสู่ใบ และลำเลียงน้ำตาลและสารอาหารที่สังเคราะห์ได้จากใบลงมาเก็บไว้ที่ราก ในท่อ Phloem จะมีเมือกยางเหนียวๆ ซึ่งมันก็คือน้ำที่มีน้ำตาลจำนวนมาก และมีโปรตีนและสารประกอบอื่นๆอีกด้วย
แล้วน้ำล่ะ? น้ำเข้าสู่รากพืชได้อย่างไร?
น้ำเข้าสู่รากโดยอาศัยกระบวนการที่เรียกว่า Interception คือกระบวนการที่รากพืชแผ่ขยายไปตามพื้นดินที่มีแหล่งน้ำและนำน้ำเข้าสู่เซลล์ขนรากโดยตรง และน้ำยังเข้าสู่รากได้อีกหนึ่งกระบวนการที่เรียกว่า Mass flow คือ การดูดซึมอย่างรวดเร็ว เช่น ถ้าเอาฟองน้ำแห้งๆไปชุปน้ำ มันก็จะซึมเข้าสู่ฟองน้ำนั้นอย่างรวดเร็ว และเซลล์ขนรากก็ดูดซึมน้ำไปอย่างรวดเร็ว กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้ก็เนื่องจาก การจับคู่ของโมเลกุลน้ำกับโมเลกุลน้ำ เช่นเดียวกับการคายน้ำของพืชที่ปากใบ ทุกๆครั้งที่น้ำระเหยออกจากปากใบ ขณะเดียวกันรากก็จะส่งโมเลกุลน้ำเข้าไปยังท่อลำเลียงน้ำขึ้นไปแทนที่โมเลกุลน้ำที่ระเหยออกไป เซล์ขนรากก็จะจับคู่โมเลกุลน้ำที่มีอยู่ในดินผ่านทั้งสองกระบวนการนี้ เพื่อส่งเข้าไปสู่รากและไม่ให้กระบวนการนี้สะดุด นี่คือการทำงานร่วมกันอย่างต่อเนื่องตลอดเวลาอย่างน่าทึ่ง!
แล้วอะไรกันที่ทำให้โมเลกุลของน้ำไหลไหลไปสู่รากได้?
เราทราบกันแล้วว่าน้ำไหลไปสู่รากได้ด้วยกระบวนการคายน้ำ หรือ Transpiration ที่พึ่งจะอธิบายไป แต่ที่ต้องเรียนรู้เพิ่มก็คือว่า ประมาณ 90 เปอร์เซนต์ ในการสูญเสียน้ำของพืชเกิดจากการระเหยออกจากปากใบ น้ำทั้ง 90 เปอร์เซนต์ ที่ระเหยออกไปนั้นพืชจะได้กลับคืนมาจากส่วนราก โดยเซลล์ขนรากดึงดูดโมเลกุลน้ำมาสู่รากและเข้าสู่ลำต้นพืชและออกอีกครั้งที่ปากใบ รากจะส่งน้ำขึ้นไปตลอดเวลาที่พืชต้องการใช้ส่วนบน อีกหนึ่งกระบวนการที่ทำให้โมเลกุลน้ำไหลเข้าสู่พืชก็คือ กระบวนการดูดซับน้ำ หรือ Absorption จากผลลัพธ์ของการบีบอัดที่ราก หรือ Root pressure มันเกิดจากการที่มีน้ำภายนอกรากมากกว่าการมีน้ำภายในราก
ตัวอย่างเช่น เวลาเราเอาเมล็ดพืชไม่แช่น้ำ เมล็ดพืชก็จะดูดซับน้ำจบบวมน้ำ น้ำก็จะไหลเข้าไปเจือจางความเข้มข้นในเนื้อเมล็ดและพอเมล็ดบวมน้ำมากๆมันก็จะแตกหน่อออกมา นี่คือเกิดการเคลื่อนย้ายของโมเลกุลน้ำด้วยกระบวนการดูดซับ น้ำหนักของพืชประกอบไปด้วยน้ำมากถึง 90 เปอร์เซนต์ของเซลล์และในผนังเซลล์พืช ดังนั้นการเคลื่อนตัวของน้ำจึงมีส่วนเกี่ยวข้องทุกอย่างกับเรื่องที่ว่า พืชได้รับสารอาหารและหล่อเลี้ยงตัวเองอย่างไร น้ำลำเลียงสารอาหารในรูปของประจุไอออนเข้าสู่พืช มันคือน้ำที่เป็นตัวผลักดันและช่วยเหลือให้สารอาหารต่างๆผ่านเข้าสู่เซลล์ที่ต้องการนำไปสังเคราะห์และนำไปใช้ในแต่ละส่วนของพืชตามที่ต้องการ
ทั้งนี้โมเลกุลน้ำไหลผ่านเข้าสู่พืชได้อยู่ 3 ช่องทาง ได้แก่ Apoplastic pathway Symplastic pathway และ Xylem ท่อลำเลี้ยงน้ำ มาดูกันพอสังเขปว่าแต่ละช่องทางดังกล่าวทำงานอย่างไร
- Apoplast pathway ถูกสร้างขึ้นโดยรูที่ผนังเซลล์และบริเวณระหว่างเซลล์ที่เชื่อมต่อกันรอบๆเซลล์พืช ช่องทางนี้จะปล่อยให้น้ำไหลผ่านเข้าสู่พืชโดยไม่ต้องผ่านเข้าไปในเซลล์ต่างๆเลย และปล่อยให้น้ำที่ถูกลำเลียงมาในช่องทางนี้ไหลไปไกลถึงรากโดยไม่ต้องยุ่งเกี่ยวกับเยื่อหุ้มเซลล์ และเนื่องจากน้ำเป็นสารละลายน้ำ เมื่อตอนที่น้ำไหลผ่านเข้าไปในเซลล์ จุดนี้จะมีเซลล์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวกั้นน้ำออกและกั้นน้ำเข้า เรียกกันว่า Casparian strip ซึ่งเป็นเซลล์ชั้นเดียวที่เป็นไขๆของเนื้อเยื่อในราก หากน้ำไหลเข้ามาถึง Casparian strip แล้วโมเลกุลน้ำจะไหลเข้าสู่อีกช่องทางหน่งที่เรียกว่า Symplastic pathway โดยไหลข้ามผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ไป หรือไหลกลับออกไปทางรากผ่านผนังเซลล์ จากนั้นเยื่อหุ้มเซลล์ก็จะควบคุมทุกอย่างที่เข้าไปในเซลล์พืช น้ำสามารถไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยกระบวนการ Osmosis หรือการที่ของเหลวไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ไปยังสารละลายที่เข้มข้นน้อยกว่า น้ำไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้อีกช่องทางหนึ่ง นั่นก็คือ ผ่านเซลล์ขนส่งโปรีตีน ที่เรียกว่า Aquaporins ที่ยึดเกาะอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์
การทำงานในระดับเซลล์ ระดับโมเลกุล และระดับอะตอมของพืชเกี่ยวข้องกันอย่างไรบ้าง
ในหัวข้อนี้ผู้เขียนบทความนี้จะไม่ขอเจาะลึกลงไปในรายละเอียดว่าเซลพืชประกอบไปด้วยอะไรบ้าง เพราะมันจะยืดยาวออกไปหากคุณผู้อ่านสนใจก็ค้นคว้าเพิ่มเติมได้ทุกเมื่อ และจะสรุปเอาใจความสำคัญที่ว่า ทุกสิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้ดำรงอยู่รอดได้ก็เพราะร่างกายประกอบขึ้นด้วยเซลล์นับล้านเซลล์ ทั้งพืชและสัตว์หากไม่เซลล์ก็จะไม่สามารถบังเกิดขึ้นมาได้ นี่คือความสำคัญหลักๆในระดับเซลล์ เซลล์หลายๆเซลล์รวมกันก็จะกลายไปเป็นเนื้อเยื่อ และเนื่อเยอะหลายๆเนื้อเยื่อรวมกันก็กลายไปเป็นอวัยวะส่วนต่างๆของพืชและสัตว์ โดยเซลล์แต่ล่ะส่วนก็จะมีหน้าที่จำเพาะของตัวเอง ที่สำคัญคือเป็นตัวรับและส่งสัญญาณปฏิกิริยาทางเคมี เปลี่ยนสารที่เป็นโมเลกุลใหญ่ๆให้แตกย่อยป็นโมเลกุลเล็กๆและขนส่งไปยังส่วนต่างๆที่พืชต้องการนำไปใช้ ในระดับอะตอมทั้งหมดก็จะเกี่ยวข้องกับการจับพันธะทางเคมีกันของสารประกอบชนิดต่างๆ การจับพันธะกันก็จะส่งผลถึงการเพิ่มและลดจำนวนอะตอมของสารประกอบแต่ละชนิด ดังนั้น ถ้าคุณผู้อ่านสนใจก็ค้นคว้าเพิ่มตามชอบใจ เรามองว่าความสำคัญของหัวข้อนี้มันก็คือเรื่อง โมเลกุลแห่งชีวิต พืชทุกชนิดเกิดขึ้นจากการรวมตัวกันของโมเลกุลอยู่ 4 กลุ่ม ซึ่งที่จริงแล้วทุกสิ่งมีชีวิตก็เป็นเช่นเดียวกัน มาดูดันว่ามีอะไรบ้าง
- คาร์โบไฮเดรต (carbohydrate) คือโมลกุลที่มี คาร์บอนเป็นตัวตั้งและเกิดจากการรวมกันของ คาร์บอน ออกซิเจนและไฮโดเจน คำว่า carbohydrate มาจาก carbon water ทุกๆโมเลกุลของคาร์บอนจะมีโมลกุลน้ำจับพันธะอยู่เสมอ น้ำตาลและแป้งจะถูกนำไปสังเคราะห์เป็นโปรตีนในเซลล์พืช และพืชดูดซับพลังงานจากแสงแดดไว้และสะสมพลังงานที่ได้ไว้ในโมเลกุลคาร์โบไฮเดรต คาร์โบไฮเดรตหลายๆโมเลกุลที่อยู่ในรูปของโมเลกุลน้ำตาลจะพบได้ที่ผนังเซลล์ของพืช
- โปรตีน ((protein) โมเลกุลของโปรตีนถูกสร้างมาจาก อะตอมของคาร์บอน ออกซิเจนและไฮโดเจนเช่นกัน รวมกับอีก 14 สารประกอบและไนโตเจน กรดอะมิโนคือส่วนที่เล็กมากที่สุดของโมเลกุลโปรตีน ซึ่งกรดอะมิโนดังกล่าวก็มีอยู่ตามธรรมชาติถึง 20 ชนิดฉะนั้น โปรตีนของพืชถูกสร้างขึ้นมาจากกรดอะมิโนทั้ง 20 ชนิด แต่ละชนิดจะมีอะตอมคาร์บอนอยู่ตรงกลาง จับพันธะกันกับไนโตรเจนที่มีกลุ่มสารประกอบเป็นกรดอะมิโน สรุปคร่าวๆคือ โปรตีนคือโครงสร้างของเซลล์พืช โมเลกุลโปรตีนเป็นโมเลกุลใหญ่มาก เอมไซม์ทั้งหมดก็คือโปรตีนที่ได้มาจากการจับคู่กันของกรดอะมิโน เอมไซม์โปรตีนเหล่านี้จะถูกนำไปสร้างเป็นลิพิดหรือไขมัน คาร์โบไฮเดรต นิวคลีโอไทด์ในเซลล์พืช
- ลิพิด (lipid) โครงสร้างของลิพิดหรือไขมันก็คือ กรดไขมันที่ถูกย่อยมาจากโมเลกุลของคาร์โบไฮเดรต ไฮโดเจน และออกซิเจน ลิพิดมีลักษณะเป็นไข ไขมัน น้ำมัน ซึ่งโมเลกุลของลิพิดจะไม่ละลายน้ำและไม่มีประจุไอออน โมเลกุลลิพิดมีความำคัญมากที่ว่า มันเป็นแหล่งสะสมพลังงานได้สูงมากกว่าโมเลกุลอื่นๆ
- กรดนิวคลีอิก (nucleic acid) คือโครงสร้างโมเลกุลของ DNA และ RNA ซึ่ง DNA ย่อมาจาก Deoxyribonucleic Acid และ RNA Ribonucleic Acid โครงสร้างของกรอดนิวคลีอิกคือโมเลกุลที่เรียกว่า นิวคลีโอไทด์ หรือ Nucleotide แต่ละโมเลกุลประกอบด้วย ไนโตรเจนเป็นตัวตั้ง มีฟอสฟอรัสและน้ำตาลจับพันธะกัน
นั่นก็คือโมเลกุลแห่งชีวิตที่สำคัญของทั้งพืชและสัตว์แต่ละชนิด ประมาณ 85-90 เปอร์เซนต์ของเซลล์คือ น้ำ มีโปรตีนอยู่ประมาณ 7-10 เปอร์เซนต์ คาร์โบไฮเดรตมี 2-3 เปอร์เซนต์ ลิพิดหรือไขมันมี 1 เปอร์เซนต์ และกรดนิวคลีอิกอื่นๆที่เป็นโมเลกุลของ DNA และ RNA อีกประมาณ 1 เปอร์เซนต์ ซึ่งรวกันแล้วก็จะเป็น 100 เปอร์เซนต์ของโมเลกุลแห่งชีวิตดังกล่าวนั่นอง!
เชื้อรา แบคทีเรีย และจุลินทรีย์ต่างๆในดินทำงานร่วมกันกับพืชอย่างไรและเพื่ออะไร
พืชสร้างความัมพันธ์กับ เชื้อรา แบคทีเรีย และจุลินทรีย์ต่างๆที่มีอยู่ในดินและในอากาศ เพื่อนำเอาสารอาหารมาที่รากพืช นี่คือการแลกเปลี่ยนพลังงานในรูปของสารอาหารร่วมกัน เรียกความสัมพันธ์นี้ว่า การพึ่งพาอาศัยกันของสิ่งมีชีวิตหนึ่งๆโดยไม่ส่งผลเสียต่อกันและกัน
- เชื้อเห็ดรา หรือเชื้อรา ที่เรียกว่า Mycorrhizal fungi คือผู้ช่วยสำคัญที่ส่งสารอาหารให้พืช เชื้อราชนิดนี้จะดูดซับและลำเลียงธาตุฟอสฟอรัส มาให้รากพืช เพื่อแลกเปลี่ยนคาร์บอนในรูปของน้ำตาลที่เป็นของเหลวที่ไหลซึมออกมาตามรากพืช ประมาณ 95 เปอร์เซนต์ของพืชทั้งหมดต่างก็ทำงานร่วมกันกับเชื้อรา Mycorrhizal ธาตุฟอสฟอรัสคือส่วนประกอบหลักของเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งฟอสฟอรัสจะเข้าสู่ดินอยู่สองรูปแบบ คือ แบบดิบๆ และแบบที่ย่อยสลายแล้ว ฟอสฟอรัสที่มีอยู่ในดิน เกิดจากซากพืชและซากสัตว์ที่ย่อยสลายจนเป็นเศษดิน และฟอสฟอรัสที่มาจากชนิดของหินขนาดใหญ่ เช่นตามโขดหินใหญ่ๆบนภูเขาที่ถูกชะล้างไปกับน้ำฝนบ้าง และละลายในน้ำบ้างจากนั้นก็จะไหลไปเรื่อยๆจนทับถมกันอยู่ใต้ก้นบึ้งของมหาสมุทรเป็นเวลาหลายร้อยหลายพันล้านปีจนกลายเป็นหินแข็งที่อยู่เหนือน้ำอีกครั้ง Mycorrhizal fungi คือแหล่งเดียวที่ใหญ่มากที่สุดของคาร์บอนในดิน
- แบคทีเรียสำคัญที่มีความสามารถในการตรึงก๊าสไนโตรเจนที่มีอยู่ในชั้นบรรยาศลงสู่ดิน มีความสัญเป็นอย่างมากต่อพืช เพราะแบคทีเรียเหล่านี้สามารถตรึงก๊าซไนโตรเจนในอากาศได้สูงถึง 50 เปอร์เซนต์ให้กับต้นพืช ในชั้นบรรยาการของโลกประกอบด้วยก๊าซไนโตรเจน 78 เปอร์เซนต์ แต่ที่โชคร้ายก็คือ พืชไม่สามารถนำเอามาใช้เองได้ เพราะโครงสร้างพันธะของไนโตรเจนอะตอมแข็งแรงมาก ยากต่อการทำให้โมเลกุลแตกตัว จนกระทั่งเมื่อปี 1900 นักเคมีได้ไขข้อสงสัยนี้และพบว่า ไนโตรเจนที่มีในอากาศสามารถทำให้แตกย่อยลงโดยชนิดของแบคทีเรีย หรือ Bacteria และอาร์เคีย Archaea ซึ่งเป็นอีกโดนเมนหนึ่งของแบคทีเรียที่ใช้ก๊าซไนโตรเจนเป็นแหล่งไนโตรเจน โดยปลี่ยนไนโตรเจนให้เป็นแอมโมเนีย ฉะนั้น การตรึงไนโตรเจน หรือ Nitrogen fixation ของแบคทีเรีย อาร์เคีย ที่มีอยู่ในดิน จะทำหน้าที่ตรึงในโตรเจนในอากาศลงสู่ปมรากของพืช พืชทำงานร่วมกันกับสิ่งมีชีวิตอันเล็กจิ๋วนี้เพื่อได้รับธาตุไนโตรเจนเพียงพอ
แบคทีเรียที่สามารถตรึงไนโตเจนได้และเป็นที่รู้จักกันดีในชื่อ Rhizobia และ Frankia นี่คือชนิดของแบคทีเรียนที่อยู่ในดินสร้างความสัมพันธ์แบบพึ่งพาอาศัยกันกับ พืชตระกูลถั่ว หรือ Legumes ในแบคทีเรีย Rhizobia จะมีเอมไซม์จำเพาะเพื่อทำให้โมลกุลที่มีสามพันธะแตกตัวได้ นั่นก็คือโมเลกุลของก๊าซไนโตรเจนในอากาศ โดยแบคทีเรียจะสะสมก๊าสไนโตรเจนไว้ที่ ปมรากของพืชตระกูลถั่ว แบคทีเรียจะกินน้ำตาลจากรากพืช พืชแลกเปลี่ยนน้ำตาลที่ตัวเองสังเคราะห์ได้กับก๊าสไนโตรเจนที่แบคทีเรียตรึงไว้ และก๊าสไนโตรเจนที่ถูกตรึงไว้โดยแบคทีเรียนจะอยู่ในรูปของ แอมโมเนียและไนเตรต นี่จึงสรุปได้ว่า พืชจะได้รับสารอาหารจากไนโตรเจนอยู่สองรูปแบบตามที่กล่าวไป นอกจากนี้ก็ยังมีแบคทีเรียอีกหลายชนิดที่แลกเปลี่ยนอาหารกันกับพืช (ถ้าสนใจโปรดศึกษาเพิ่ม) แต่นี่คือทางลัดอันรวดเร็วคือการปลูกพืชตระกูลถั่วคลุมหน้าดินให้เยอะและสับใบ สับต้นทำปุ๋ยพืชสดเพื่อเพิ่มสารอาหารให้ดินของคุณได้อย่างง่ายๆ หากดินของคุณป็นดินทรายโดยส่วนใหญ่ จำเป็นอย่างมากที่จะต้องใช้ปุ๋ยธรรมชาติเท่านั้น ดินจึงจะอุ้มน้ำได้ดี และอาจจะเป็นวิธีเดียวที่จะทำให้พืชได้รับสารอาหารอย่างเพียงพอ
ความสำคัญของการปลูกพืชปลอดสารพิษและความไม่จำเป็นของการใช้ปุ๋ยเคมี
พอคุณผู้อ่านมาถึงหัวข้อนี้ คงจะเข้าใจกันคร่าวๆแล้วว่าสารอาหารหลักๆและสารอาหารรองที่พืชขาดไม่ได้นั้นมีอะไรบ้าง ความสำคัญของการปลูกพืชปลอดสารพิษจึงมีเหตุผลมากขึ้น เพราะเรื่องสารอาหารในดินคือจุดยืนหลักที่คุณผู้อ่านจะต้องใส่ใจเป็นอันดับแรก ถ้าหากดินไม่มีสารอาหารหรือในดินขาดสารอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืชหลายชนิด พืชต่างๆที่ปลูกไปก็จะโตช้า ไม่แข็งแรง และติดโรคพืชได้ง่ายๆ“ฉะนั้นเราจะต้องทำงานร่วมกันกับดิน ทำงานร่วมกันกับเชื้อรา Mycorrhizal fungi ทำงานร่วมกันกับแบคทีเรียที่สามารถตรึงธาตุอาหารในอากาศและในดินมาให้พืช และที่ขาดเสียไม่ได้เลยก็คือ ต้องทำงานร่วมกันกับจุลินทรีย์นับร้อยนับพันชนิดที่มีอยู่ในดิน”
พวกเขาอาศัยอยู่ในดิน กินของเหลวที่ไหลออกตามรากพืช และช่วยย่อยซากพืชซากสัตว์ที่ตายแล้วให้กลายไปเป็นธาตุอาหารในดิน พวกขาย่อยเศษไม้น้อยใหญ่ ย่อยเศษใบไม้และเศษหญ้าทุกชนิดที่อยู่ในอาณาเขตของพวกเขา ซึ่งหน้าที่เหล่านี้ก็จะช่วยปรับปรุงดินให้ร่วนชุ่ย ช่วยสร้างชั้นหน้าดิน และทำให้ดินเป็นสีดำอุดมไปด้วย คาร์บอน สารอาหารหลักและสารอาหารรองชนิดต่างๆได้ในสุดท้าย เมื่อดินของคุณอุดมไปด้วยสารอาหารและสิ่งมีชีวิตน้อยใหญ่ที่อาศัยอยู่ในดินแล้ว ความจำเป็นในการที่จะต้องใส่ปุ๋ยเคมีหรือปุ๋ยสังเคราห์สูตรต่างๆที่ทางร้านเกษตรเคมีโฆษณาและบีบบังคับให้คุณต้องใช้นั้น มันก็จะไม่จำเป็นอีกต่อไป!
เพียงแค่นี้พืชนานาพันธุ์ที่คุณปลูกไว้ก็จะเติบโตอย่างงอกงามและทนทานต่อโรคพืชได้อย่างไม่น่าเชื่อ! เราจำป็นที่จะต้องศึกษาและเรียนรู้เกี่ยวกับพืชต่างๆที่เราต้องการปลูก เพื่อจะได้ทราบว่าพวกเขาต้องการสารอาหารอะไรเป็นพิเศษ และโตง่ายในดินประเภทใด ชอบร่มหรือชอบแดด ชอบแดดรำไรๆหรือชอบแดดจ้าๆ นี่คือหัวใจความสำคัญการปลูกพืชเพราะมันจะช่วยลดปัญหาต่างๆที่คุณเองก็ไม่รู้จะแก้ยังไงได้เยอะเลย ในทางกลับกันถ้าคุณไม่รู้ว่าต้นพืชของคุณเป็นอะไร ก็เลยไปซื้อปุ๋ยเคมีมาใส่ ง่ายดี โตเร็ว มีวัชพืชมีศัตรูพืชและมีเชื้อรามาทำร้ายต้นพืชก็แค่ฉีดพ่นยาใส่มัน อยากให้มันออกลูกออกผลเร็วๆก็เลยใส่สารเร่งให้โตเร็วๆเข้าไป ปัญหาก็จบแล้ว แต่หารู้ไม่ว่า มันจะเป็นปัญหาใหญ่กว่าเดิมในระยะยาว คุณกำลังทำลายต้นพืชยังไม่พอ แต่คุณกำลังทำลายห่วงโซอาหารในดินและสิ่งมีชีวิตน้อยใหญ่ที่อาศัยอยู่ในดินนับร้อยนับพันชนิดไปทุกๆครั้งที่คุณกระทำเช่นนั้น นั่นก็จะทำให้ดินเสื่อมคุณภาพ ดินไม่อุ้มน้ำ ดินแห้งแข็งขุดไม่เข้า ดินตายปลูกอะไรก็ไม่ขึ้น และสุดท้ายจบลงที่ทะเลทรายอันว่างเปล่า! ตอนนี้คุณผู้อ่านคงจะทราบกันแล้วว่า
สารอาหารหลักๆที่พืชต้องการนั้นจะไม่เข้าสู่ต้นพืชโดยการฉีดพ่นที่ใบพืช ดินต้องอุดมไปด้วยสารอาหาร ดินต้องอุดมไปด้วยสิ่งมีชีวิตในดินและบนดิน และมีระบบรากที่สมบูรณ์แข็งแรง เพื่อที่จะเป็นแหล่งสะสมและลำเลียงสารอาหารต่างๆไปหล่อเลี้ยงส่วนต่างๆของพืชได้อย่างมีประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่องโดยปราศจากการใช้สารเคมีหรือปุ๋ยคมี
ปัจจัยที่ส่งผลต่อการมีอยู่ของสารอาหารในดิน
หัวข้อสุดท้ายที่อยากจะกล่าวถึงพอสังเขปก่อนที่คุณผู้อ่านจะเหนื่อยล้ากับบทความอันยืดยาวนี้! ปัจจัยที่ส่งผลต่อสารอาหารในดินมีอยู่หลายปัจจัยด้วยกัน จะขอกล่าวปัจจัยหลักๆท่านั้น ซึ่งได้แก่
- อุณหภูมิ ส่งผลกระทบโดยตรงต่อ การทำงานของจุลินทรีย์และสิ่งมีชีวิตขนาดจิ๋วในดิน เช่น ตอนที่อากาศเย็นในฤดูหนาว มันก็จะมีการหมุนวียนของไนโตรเจนและการหมุนเวียนของฟอสฟอรัสที่ได้จากเห็ดรา Mycorrhizal น้อยลง ส่งผลให้พืชได้รับสารอาหารจากพวกเขาน้อยหรือไม่เพียงพอ
- ระดับค่า pH หรือความเป็นกรดเป็นด่างในดิน ซึ่งทุกท่านก็ทราบกันดีว่า ระดับความเป็นกรดของดินเริ่มต้นที่ 1 (ซึ่งเป็นกรดหรือเปรี้ยวมากๆ) ไปจนถึง 14 (ซึ่งมีความเป็นด่างมาก) ความเหมาะสมตามธรรมชาติในการเติบโตของพืชส่วนใหญ่จะอยู่ที่ความเป็นกลาง นั่นก็คือ 7 (ซึ่งภายในเซลล์ของพืชก็มีเซลล์ที่ทำหน้าที่ควบคุมความเป็นกรดเป็นด่างภายในเซลล์ด้วยเช่นกัน)
มาดูตัวอย่างกันว่าระดับต่างๆของค่า pH มีสารอาหารอะไรบ้างและขาดสารอาหารอะไรบ้าง

(ภาพประกอบจากหนังสือ)
ในปุ๋ยหมักที่ทำจากเศษเหลือของกินของใช้จะอุดมไปด้วยอินทรีย์วัตถุ ดังนั้นโดยปกติแล้วในปุ๋ยหมักจะมีค่า pH ที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของพืช ประมาณ 6.5-7.5 ดูเทียบกับแผนภูมิด้านบนก็จะพบว่ามันอุดมไปด้วยธาตุอาหารหลักและรอง นี่คืออีกหนึ่งหัวใจสำคัญของการปลูกพืชได้คุณภาพสูงโดยไม่ต้องใช้ปุ๋ยเคมีเลย!
- รูอากาศในดิน มีอยู่สองแบบคือ ในดินมีรูอากาศเยอะและในดินที่ขาดรูอากาศ ซึ่งก็ส่งผลดีและผลเสียต่อต้นพืชมากเช่นกัน หากในดินมีรูอากาศหรือมีออกซิเจนมาก ก็จะทำให้ดินแลกเปลี่ยนอากาศและน้ำที่เกิดจากการอยู่อาศัยของจุลินทรีย์และสิ่งมีชีวิตขนาดจิ๋วต่างๆจำนวนมาก ซึ่งทำให้น้ำในดินไหลซึมได้ง่าย ดินดูดซับน้ำได้ดี ดินไม่แข็ง ง่ายต่อการชอนไชของรากพืช พืชจึงไม่เคยขาดน้ำและสารอาหารที่ไหลมาสัมผัสกับรากพืช ส่วนดินที่ขาดอากาศก็คือดินที่แข็งและแห้ง ดินที่จุลินทรีย์และสิ่งมีชีวิตขนาดจิ๋วต่างๆอาศัยอยู่น้อย และไม่ค่อยมีสารอาหารให้พืชได้แลกเปลี่ยน พวกเขาจึงใช้สารอาหารรองที่มีอยู่ในดิน จำพวก เหล็ก และแมงกานีส ในดินจึงขาดสารอาหารที่พืชเองก็ขาดเสียไม่ได้ไป ดินจะต้องมีรูอากาศจำนวนมากเพื่อที่จะได้รับสารอาหารในปริมาณที่เหมาะสมอย่างมีประสิทธิภาพ ตอนที่มีน้ำท่วมขังเยอะและน้ำท่วมนาน นั่นก็จะทำให้ดินขาดอากาศเช่นกัน กระบวนการทำงานต่างๆของพืชและในดินก็จะชะงักไปตามๆกัน
- ความชุ่มชื้นของดิน ถ้าดินแห้งและขาดน้ำ สารอาหารที่ละลายมากับน้ำก็จะหายไปด้วยเช่นกัน ดังนั้น ถ้าดินขาดน้ำมันก็จะไม่มีอะไรดูดซับสารอาหารลงสู่ดินไปให้รากพืช น้ำช่วยเติมสารอาหารให้ดินได้โดยการปล่อยสารอาหารที่มากับมันลงสู่ดิน แต่ถ้าดินแข็งและแห้งผากน้ำก็จะไม่ซึมลงไปในดินเลย กลับกันมันจะชะล้างหน้าดินและไหลไปกับน้ำฝนตามลำคลองต่อไปเรื่อยๆ ทั้งนี้มีน้ำหรือความชื้นแฉะเยอะหรือน้อยก็ส่งผลต่อการทำงานของสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในดินสมอ ถ้าดินชุ่มชื้นต้นพืชจะไม่ขาดสารอาหาร
- ช่วงเวลาที่พืชต้องการได้รับสารอาหาร ก็จะเป็นช่วงระยะแรกเริ่มเติบโตของต้นพืช 6 สัปดาห์แรกของพืชอายุสั้น พืชที่ปลูกเป็นแถว และพืชอายุยาวในแต่ละปี พืชเหล่านี้โตกันอย่างบ้างคลั่งและต้องการ ธาตุอาหาร ดังนี้ ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส โพแทสเซียม สังกะสี เหล็ก แมกนีเซียม แมงกานีส ทองแดง ซัลเฟอร์ และโมลิบดีนัม เมื่อตอนที่พืชเข้าสู่ช่วงสืบพันธุ์และเริ่มออกดอกและออกผล ต้นพืชจะต้องการ ธาตุอาหารโบรอน ซึ่งจำเป็นต่อการสร้างเกสรดอก และต้นพืชต้องการธาตุแคลเซียมซึ่งจำเป็นต่อการผลิตดอกของต้นพืชอย่างเพียงพอ
ทั้งหมดนี้ก็คือบทสรุปส่วนหนึ่งจากหนังสือทั้งเล่ม ซึ่งอัดแน่นไปด้วยเนื้อหาที่สำคัญที่จะช่วยให้พวกเราเข้าใจการทำงานของพืชต้นหนึ่งๆร่วมกับสิ่งมีชีวิตขนาดจิ๋วทั้งหลายที่อาศัยอยู่ในดิน ฉะนั้น เราสามารถทำงานได้อย่างตรงจุดและเข้าใจมากขึ้นว่า แท้จริงแล้วเราไม่จำเป็นต้องใส่ปุ๋ยเคมีหรือฮอร์โมนเร่งการติบโตของพืชเลย เพียงแค่ในดินจะต้องอุดมไปด้วยน้ำและสารอาหารตามที่พืชต้องการและขาดไม่ได้ สำหรับการเติบโตอย่างเต็มที่ตามกระบวนการธรรมชาติ!
คุณชอบบทความชิ้นนี้ไหม? ถ้าบทความแนว “มุ่งอธิบายแนวคิดเป็นองค์รวม” มีประโยชน์ต่อคุณอยู่บ้าง สามารถร่วมสนับสนุนงานเขียนของเราได้ ผ่านการส่งปัจจัยบริจาค (ตามคุณค่าที่คุณได้รับ) งานเขียนแนวนี้เกิดขึ้นมาจากความตั้งใจที่เรามุ่งสร้างความเข้าใจใหม่ที่ชัดเจนมากยิ่งขึ้นให้กับผู้คนในสังคม ด้วยการสละเวลาส่วนตนของเราเองเพื่อเป็นกระบอกเสียงในแบบที่แตกต่างไปจากมุมมองเดิมในอดีต ติดต่อส่งความคิดเห็น หรือ อยากวิเคราะห์วิจารณ์งานเขียนได้โดยตรงที่อีเมล์ [email protected] หรือต้องการส่งปัจจัยบริจาคให้กับโครงการอิสระของเรา โครงการฟื้นฟูและอนุรักษ์ธรรมชาติ สวนฟื้นฟูวิถียั่งยืน ได้โดยสแกนคิวอาร์โคดด้านล่างนี้ โครงงานของเรายังอยู่ในระยะเริ่มต้น ซึ่งไม่มีรายได้เป็นประจำ เราขอขอบคุณทุกท่านมากยิ่งที่สนับสนุนผลงานของเรา ทุกการบริจาคถือเป็นแรงผลักดันให้เราได้ศึกษาค้นคว้างานวิจัย เขียนบทความ แปลงาน และแบ่งปันความรู้ในแบบองค์รวมให้กับผู้คนในสังคมสืบต่อไป!
