สัมมนาไทย

ธาตุแคลเซียม
เป็นธาตุที่ต้นพืชนำไปใช้เพื่อการเจริญเติบโตในตัวพืช ช่วยส่งเสริมการนำธาตุไนโตรเจนจากดินมาใช้เห้เป็นประโยชน์มากขึ้น ในระยะออกดอกและระยะที่สร้างเมล็ดพืชจะมีความจำเป็นมาก เพราะธาตุแคลเซียมจะมีส่วนในการเคลื่อนย้ายและเก็บรักษาคาร์โบไฮเดรตและโปรตีนในพืช เพื่อนำไปใช้ในการสร้างผลและเมล็ดต่อไป
อาการของพืชที่ขาดแคลเซียมจะพบมากในบริเวณยอด และปลายราก ยอดอ่อนจะแห้งตาย และใบจะมีการการม้วนงอไปข้างหน้าและขาดเป็นริ้ว ๆ ซึ่งจะเกิดที่ใบอ่อนก่อน แก้ไขโดยการใส่ปูนขาว หินปูนบด หินปูนเผา เพื่อปรับสภาพความเป็นกรด-ด่างของดิน หรือการใส่ปุ๋ยคอกบำรุงดิน

ธาตุแมกนีเซียม

เป็นองค์ประกอบของส่วนที่เป็นสีเขีย ทั้งที่ใบและส่วนอื่น ๆ ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการสร้างอาหารและโปรตีนพืช
อาการขาดแมกนีเซียมจะสั่งเกตได้จาบใบพืช ที่เหลืองซีดบริเวณเส้นกลางใบที่อยู่ใกล้กับผล ถ้าหากอาการขาดรุ่นแรงใบแก่จะมีอาการมากกว่าใบอ่อน
การขาดธาตุแมกนีเซียม จะทำให้ผลผลิตลดน้อยลงและต้นพืชทรุดโทรมอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งสาเหตุที่พืชขาดธาตุแมกนีเซียมนั้น เพราะปริมาณแมกนีเซียมที่อยู่ในดินถูกชะล้างลึกลงไปเกินกว่าที่รากพืชจะดึงดูดมาใช้ได้ และการที่มีปริมาณโปแตสเซียมสะสมในดินมากเกินไปก็เป็นอีกสาเหตุหนึ่งที่สำคัญ
การแก้ไข สามารถทำได้โดยการปรับปรุงสภาพดิน ความเป็นกรด ด่างของดินให้เหมาะสมต่อการดูดเข้าไปใช้ของพืช และมีการใช้ปุ๋ยโปแตสเซียมที่พอเหมาะ ที่สำคัญก็คือ การฉีดพ่นทางใบด้วยธาตุอาหารเสริม ซึ่งมีธาตุแมกนีเซียมในรูปที่พืชสามารถนำปใช้ได้ทันที

วัฏจักรแคลเซียมเป็นการหมุนเวียนของแคลเซียมในสิ่งแวดล้อม แคลเซียมเป็นธาตุที่มีความสำคัญต่อการทำงานของเอนไซม์หลายชนิดและเป็นองค์ประกอบที่สำคัญของผนังเซลล์ของแบคทีเรีย การตกตะกอนและการละลายในรูป CaCO₃ และ Ca[HCO₃]² มีความสำคัญอย่างมากในสิ่งแวดล้อม การตกตะกอนของ CaCO₃  เกี่ยวข้องกับการสร้างโครงสร้างภายนอกของจุลินทรีย์และสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง ส่วนสัตว์มีกระดูกสันหลังจะสะสม CO32- ในกระดูกและฟัน
Ca[HCO₃]²ละลายน้ำได้ดีกว่าCaCO₃ สมดุลระหว่าง CO₃^2- และ HCO^3- ควบคุมโดยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายน้ำในรูป H₂CO₃ การเพิ่มไฮโดรเจนอิออนทำให้การละลายของ CO₃^2-  ดีขึ้น ส่วนสภาวะที่เป็นกลางหรือเบส จะทำให้ CO₃^2- ตกตะกอนได้ดีขึ้น โดยในสภาวะที่เป็นเบสนี้จะมี Ca²⁺มาก CO₃^2-  จึงตกตะกอนในรูป CaCO₃  กระบวนการที่มีผลต่อการตกตะกอนของ CaCO₃  โดยสิ่งมีชีวิตคือกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ซึ่งโดยทั่วไปในน้ำทะเล Ca²⁺จะอยู่ในรูปของ Ca[HCO₃]² ที่สมดุลกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์
เมื่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกใช้ไปในการสังเคราะห์ด้วยแสง ทำให้ Ca[HCO₃]² ถูกเปลี่ยนเป็น CaCO₃ มากขึ้น กลไกนี้มีความสำคัญมากในแนวปะการัง แม้ว่าในน้ำทะเลจะมี Mg²⁺ อยู่มากและมีพฤติกรรมคล้าย Ca²⁺แต่เนื่องจาก MgCO₃ ละลายน้ำได้ดีกว่า CaCO₃  Ca²⁺ จึงถูกนำไปใช้ในโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตมากกว่า

สำหรับวัฎจักรแมกนีเซียมจะคล้าย ๆ กันกับแคลเซียมเกือบทั้งหมด
ธาตุกำมะถัน
กำมะถันมีความจำเป็นต่อการสร้างโปรตีนพืช เป็นองค์ประกอบของวิตามินบางตัวที่มีผลทางอ้อมต่อการสร้างสีเขียวของพืช ซึ่งจะช่วยให้เกิดการหายใจและการปรุงอาหารพืช
พืชที่ขาดกำมะถันจะมีเสียเขียวอ่อน หรือเหลืองคล้าย ๆ อาการขาดไนโตรเจน ใบขนาดเล็กลง ยอดของพืชจะชะงักการเจริญเติบโต ลำต้นและกิ่งก้านลีบเล็ก อาการขาดธาตุกำมะถันจะมีอาการแตกต่างจากขาดธาตุไนโตรเจน คือจะปรากฏที่ยอดอ่อนก่อน ส่วนใบล่างยังคงปกติ ถ้าอาการรุนแรงใบล่างก็จะมีอาการด้วยเช่นกัน ซึ่งจะตรงข้ามกับอาการของการขาดไนโตรเจน จะแสดงอาการที่ใบล่างก่อน
ดินที่มักพบเสมอว่าขาดธาตุกำมะถันคือ ดินทราย ซึ่งมีอินทรีย์วัตถุน้อย การเพิ่มกำมะถันในดิน นอกจากจะมีการใส่กำมะถันผงโดยตรงแล้ว การใส่ปุ๋ยคอก ปุ๋ยหมัก หรือปุ๋ยพืชสด ก็เป็นวิธีการแก้ปัญหาการขาดธาตุกำมะถันในดินได้เช่นกัน แต่ข้อควรระวังในการใส่กำมะถันก็คืน หากใส่มากเกินความจำเป็นจะทำให้ดินเป็นกรดได้

การหมุนเวียนของกำมะถันในแต่ละส่วนของระบบนิเวศสรุปได้ดังนี้

ชั้นของหินเปลือกโลกเป็นแหล่งสำคัญของกำมะถัน การออกจากระบบพื้นผิวโลกเกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟ การเปลี่ยนแปลงของสภาพอากาศ และการชะลงสู่ชั้นของน้ำใต้ดิน นอกจากนั้น กิจกรรมของมนุษย์ยังมีส่วนต่อการเคลื่อนย้ายของกำมะถัน ทั้งโดยการเผาไหม้เชื้อเพลิง การถลุงแร่และการผลิตปุ๋ย
ชั้นของดิน ที่มาของกำมะถันในดินมาจากการชะล้าง ผุพัง และจากบรรยากาศ รวมทั้งการใส่ปุ๋ย กำมะถันในดินจะถูกเปลี่ยนรูปไปทั้งโดยปฏิกิริยาเคมีและสิ่งมีชีวิต ในดินชั้นบน กำมะถันจะอยู่ในสารอินทรีย์ ส่วนดินชั้นล่างจะอยู่ในรูปสารอนินทรีย์ ในดินที่มีการระบายอากาศดี กำมะถันจะอยู่ในรูปของซัลเฟต แต่ในดินที่มีการระบายอากาศไม่ดีเช่นมีน้ำท่วมขัง กำมะถันจะอยู่ในรูปซัลไฟด์ แต่เมื่อเติมก๊าซออกซิเจนลงไป ซัลไฟด์จะเปลี่ยนเป็นซัลเฟต ซัลเฟตละลายน้ำได้ดีจึงถูกชะออกจากดินได้ง่าย การย่อยสลายสารอินทรีย์ที่มีกำมะถันเป็นองค์ประกอบ จะได้กำมะถันในรูปของก๊าซ ส่วนหนึ่งจะระเหยไปสู่บรรยากาศ ส่วนหนึ่งจะกลับไปอยู่ในรูปของซัลเฟตอีก ทั้งในปฏิกิริยาเคมีและสิ่งมีชีวิต
สิ่งมีชีวิต เมื่อกำมะถันเข้าสู่สิ่งมีชีวิตจะถูกนำไปสร้างเป็นโปรตีน วิตามิน หรือสารประกอบอื่นๆ และจะถูกเปลี่ยนกลับเป็นซัลเฟตหรือสารประกอบอื่นๆของกำมะถันได้เมื่อสิ่งมีชีวิตตาย
บรรยากาศ สารประกอบของกำมะถันในบรรยากาศได้แก่ ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S)สารประกอบอินทรีย์ของกำมะถันที่ระเหยได้ และซัลเฟตในบรรยากาศ แหล่งที่มาได้แก่ ก๊าซจากการระเบิดของภูเขาไฟ ฝุ่นละอองที่มากับลม ก๊าซจากสิ่งมีชีวิต และกิจกรรมของมนุษย์ การคงอยู่ของก๊าซเหล่านี้ในบรรยากาศสั้นมากและขึ้นกับความคงตัวทางโมเลกุลด้วย การออกซิไดส์ของก๊าซเหล่านี้ขึ้นกับอุณหภูมิ ความชื้น และแสงอาทิตย์
ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ส่วนใหญ่มาจากการกระทำของมนุษย์ ในขณะที่จุลินทรีย์จะผลิต COS, CS₂, และ (CH₃)₂S ผลิตภัณฑ์สุดท้ายจากการออกซิไดส์ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์และก๊าซที่มีกำมะถันอื่น ๆ คือ ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และซัลเฟต แต่โดยทั่วไปซัลเฟตจะเข้าสู่บรรยากาศโดยยละอองน้ำจากทะเลและฝุ่นละอองที่มากับลม การออกจากบรรยากาศเกิดขึ้นโดยการรวมตัวกับน้ำ เกิดเป็นฝนกรดและลงสู่พื้นดิน หรือรวมตัวกับธาตุอื่นๆแล้งตกมายังพื้นโลก
แหล่งน้ำ ในมหาสมุทร กำมะถันจะอยู่ในรูปซัลเฟตที่ละลายน้ำ ซึ่งมาจากแม่น้ำและฝน ในดินตะกอนจะมีสารประกอบกำมะถันในสภาพรีดิวซ์ปะปนอยู่ กำมะถันจะออกจากแหล่งน้ำโดยถูกซัดปนไปกับละอองน้ำ หรือโดยการระเหยในรูปก๊าซที่เกิดจากการกระทำของจุลินทรีย์

การเปลี่ยนรูปของกำมะถัน

sulfur oxidation เกิดขึ้นโดยกิจกรรมของแบคทีเรียกลุ่มที่ออกซิไดส์กำมะถัน เช่น Thiobacillus, Metallogenium
Thiobacillus เป็นแบคทีเรียแกรมลบ ไม่สร้างสปอร์ รูปร่างเป็นแท่ง ส่วนใหญ่เคลื่อนที่ได้ด้วยแฟลกเจลลา จะออกซิไดส์กำมะถันจาก SH- จนเป็นซัลเฟต
Sulfolobus acidocaldarious เป็นแบบคทีเรียทนอุณหภูมิสูงและทนกรด สามารถออกซิไดส์ กำมะถัน ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ และ Fe2+ได้ พบในน้ำพุร้อนที่เป็นกรดทั่วโลก
Beggiatoa เป็นแบคทีเรียที่มีฟิลาเมนต์และมีก้อนกำมะถันภายในเซลล์ พบในบริเวณรากพืชที่เจิญในน้ำท่วมขัง เช่นนาข้าว แบคที่เรียกลุ่มนี้จะเปลี่ยนก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ที่เป็นพิษต่อพืชไปเป็นธาตุกำมะถัน
แบคทีเรียที่สังเคราะห์ด้วยแสงโดยใช้ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ มี 2 กลุ่มคือแบคทีเรียสีม่วงและแบคทีเรียสีเขียว แบคทีเรียสีเขียวพบในบริเวณที่มีความเข้มข้นของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ สูง (4-8 mM) ในขณะที่แบคทีเรียสีม่วงพบในบริเวณที่มีก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ปานกลาง ส่วนแบคทีเรียที่ไม่มีสีม่วงพบในบริเวณที่มีความเข้มข้นของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ต่ำ แบคทีเรียเหล่านี้จะทำงานร่วมกับแบคทีเรียที่รีดิวซ์กำมะถันในธรรมชาติ เจริญในสภาวะไร้ออกซิเจนเท่านั้น
sulfur reduction จุลินทรีย์ส่วนใหญ่ใช้ซัลเฟตเป็นแหล่งของกำมะถันสำหรับการเติบโต การรีดิวซ์กำมะถันแบ่งได้เป็น 2 แบบ คือการนำกำมะถันไปเป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต เช่น -SH ในโปรตีน และการเปลี่ยนซัลเฟตไปอยู่ในรูปก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ตัวอย่างเช่นแบคทีเรีย Desulfovibrio และ Desulfotomaculum
Mineralization เป็นการเปลี่ยนรูปกำมะถันในสารประกอบอินทรีย์ให้อยู่ในรูปอนินทรีย์ ปริมาณการเกิด Mineralization ของกำมะถันขึ้นกับอัตราส่วนระหว่างคาร์บอนกับกำมะถัน เมื่ออัตราส่วนนี้น้อยกว่า 200 จะปล่อยกำมะถันเข้าสู่ดินในรูปซัลเฟต แต่ถ้ามากกว่า 400 จะมีการนำซัลเฟตออกจากดินด้วยกระบวนการตรึง
Volatilization คือการระเหยของกำมะถัน สารประกอบอินทรีย์ของกำมะถันที่ระเหยได้รวมทั้งก๊าซที่มีกำมะถันเป็นองค์ประกอบ เกิดจากกิจกรรมของจุลินทรีย์ที่เติบโตในสภาวะไร้ออกซิเจน