สารเพิ่มความชุ่มชื้นในดิน – EXOwet R3823 และ EXOwet R3831

ความสามารถในการเปียกน้ำเป็นพารามิเตอร์ที่บ่งบอกถึงพฤติกรรมของวัสดุเมื่อสัมผัสกับของเหลว เป็นคุณสมบัติที่สำคัญอย่างยิ่งของดิน เนื่องจากเป็นตัวกำหนดความเหมาะสมทางการเกษตรและบ่งชี้ว่าควรให้ความชุ่มชื้นแก่ดินอย่างไรเพื่อให้ได้ผลผลิตสูงสุดโดยใช้น้ำน้อยที่สุด

ความสามารถในการเปียกน้ำของชั้นดินแต่ละชั้นมีอิทธิพลต่อการกระจายตัวของน้ำภายในหน้าตัดดิน ในกรณีของดินที่ไม่ดูดซับน้ำและมีความสามารถเปียกน้ำต่ำ มีความเสี่ยงที่น้ำจะสะสมอยู่บนพื้นผิวหลังฝนตกหนักและทำให้เกิดน้ำไหลบ่า ซึ่งอาจนำไปสู่การกัดเซาะดินจากน้ำที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ผลที่ตามมาของปรากฏการณ์นี้ ได้แก่ การชะล้างสารอาหาร การเสื่อมโทรมของดิน และในระยะยาว การลดลงของพื้นที่เพาะปลูก ระดับความสามารถในการดูดซับน้ำและการเคลื่อนที่ของน้ำภายในดินได้รับอิทธิพลจากคุณสมบัติของดิน เช่น องค์ประกอบทางเคมีและขนาดอนุภาค ความพรุน สัดส่วนของดินเหนียวและฮิวมัส ปริมาณอินทรียวัตถุและแร่ธาตุ ความเค็ม ค่า pH รวมถึงปัจจัยภายนอก เช่น สภาพอากาศ อุณหภูมิ ภัยแล้ง ไฟไหม้ การปนเปื้อนของดิน การรั่วไหลของเชื้อเพลิงจากเครื่องจักรทางการเกษตร และวิธีการทางการเกษตร

สารลดแรงตึงผิวในการชลประทานดิน

สารลดแรงตึงผิว ถูกนำมาใช้ในการผลิตพืชผลทางการเกษตรและเกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ป้องกันพืชต่างๆ มาอย่างยาวนาน อย่างไรก็ตาม การใช้งานทั่วโลกในภาคการเกษตรเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากการนำไปใช้เป็นสารเติมแต่งในน้ำชลประทาน

สารลดแรงตึงผิวทำหน้าที่ที่ส่วนต่อประสานระหว่างน้ำและดิน ช่วยลดแรงตึงผิวของน้ำชลประทาน ทำให้สามารถซึมเข้าสู่ดินได้ง่ายขึ้นและทำให้ดินชุ่มชื้น ซึ่งส่งผลดีต่อประสิทธิภาพการใช้น้ำ และในระยะยาวต่อคุณภาพของพืชผล โดยส่วนหนึ่งเกิดจากการลดการชะล้างของสารอาหารและเพิ่มการดูดซึมสารอาหารของพืช

กลุ่มบริษัท PCC ตอบสนองความต้องการสารเพิ่มความชุ่มชื้นในดินโดยนำเสนอสารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุไฟฟ้าสูตรพิเศษ ได้แก่ EXOwet R3823 และ EXOwet R3831

ความสามารถของดินในการกักเก็บน้ำเพื่อการชลประทาน

ประสิทธิภาพในการกักเก็บน้ำของดินมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อปริมาณความชื้นและสารอาหารที่ไปถึงบริเวณรากพืช แทนที่จะไหลออกไปหรือระเหยไป พารามิเตอร์นี้เป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพของการชลประทาน การใส่ปุ๋ย และสภาพโดยรวมของดินเป็นส่วนใหญ่ กราฟด้านล่างเปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์การกักเก็บน้ำของสารละลายชลประทานต่างๆ ในดิน:

รูปที่ 1 การ เปรียบเทียบค่าสัมประสิทธิ์การกักเก็บสารละลายสำหรับรดน้ำ

การทดสอบนี้เกี่ยวข้องกับการใช้สารละลายสำหรับรดน้ำประมาณ 60 กรัม (น้ำหรือสารละลาย 1%ของสารเพิ่มความชุ่มชื้นที่เหมาะสม) กับดินปลูกอเนกประสงค์แห้งประมาณ 20 กรัม และวัดปริมาณสารละลายที่กักเก็บไว้ในดิน ความสามารถในการกักเก็บของสารละลายแต่ละชนิดถูกเปรียบเทียบโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ที่คำนวณจากสูตร:

การทำให้บริเวณรากชุ่มชื้น

การใช้ EXOwet R3823 และ R3831 ช่วยให้สามารถกักเก็บน้ำชลประทานไว้ในชั้นดินด้านบนได้ วิดีโอข้างล่างแสดงการจำลองสถานการณ์ดังกล่าว โดยก้อนน้ำตาลจำลองโครงสร้างรูพรุนขนาดใหญ่และขนาดเล็กของดิน

วิดีโอ 1. การจำลองการชุ่มชื้นของบริเวณรากพืชในดิน
น้ำที่มีสารช่วยให้ชุ่มชื้นจะถูกกักเก็บไว้ในชั้นบน

ก้อนน้ำตาลแต่ละก้อนถูกพรมด้วยสารละลายน้ำในปริมาณเท่ากัน (15 หยด) และสังเกตการเคลื่อนที่ลงไปในโครงสร้างที่มีรูพรุน หลังจากนั้นไม่กี่วินาที จะเห็นได้ว่าน้ำที่ไม่มีสารเติมแต่งจะไหลลงสู่ชั้นล่างทันที ในขณะที่น้ำที่มีสารช่วยให้ชุ่มชื้น 0.5%จะถูกกักเก็บไว้ในชั้นบน นี่แสดงให้เห็นว่าน้ำที่มีสารเติมแต่งจะคงอยู่ในบริเวณรากพืช ซึ่งพืชสามารถดูดซึมได้ง่ายกว่าน้ำที่ไม่มีสารเติมแต่ง ซึ่งจะไหลลงสู่ชั้นที่ลึกกว่าอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดความเสี่ยงต่อการชะล้างสารอาหารเพิ่มขึ้น

ความสามารถในการดูดซับน้ำโดยการแช่

ได้ทำการเปรียบเทียบความสามารถในการดูดซับน้ำของผลิตภัณฑ์ EXOwet R3823 และ R3831 กับสารมาตรฐานอ้างอิงและน้ำเป็นตัวอย่างควบคุม โดยใช้วิธีการภายในองค์กรที่เรียกว่า ‘การหาความสามารถในการดูดซับน้ำโดยการจุ่ม’ สำหรับการทดสอบนี้ ใช้แผ่นผ้าฝ้ายดิบถักขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 มม. วิธีการหาความสามารถในการดูดซับน้ำคือ การวัด เวลาการดูดซับน้ำ กล่าวคือ เวลาตั้งแต่จุ่มแผ่นผ้าฝ้ายลงในสารละลาย 0.5%จนถึงเวลาที่แผ่นผ้าเริ่มจม ผลลัพธ์สรุปได้ในกราฟด้านล่าง:

รูปที่ 2 การ เปรียบเทียบเวลาในการเปียกของแผ่นสำลีด้วยน้ำ (ตัวควบคุม) และสารละลายสารช่วยให้เปียก 0.5%

สารละลาย EXOwet R ทำให้แผ่นสำลีเปียกหลังจากเวลาเพียงประมาณ 3 นาที ตัวอย่างควบคุมใช้เวลา 4 นาที ในขณะที่น้ำเปล่าที่ไม่มีสารช่วยให้เปียกไม่สามารถทำให้แผ่นสำลีเปียกได้แม้หลังจากเริ่มการทดสอบไปแล้ว 2 ชั่วโมง ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าการเติมสารลดแรงตึงผิวมีความจำเป็นอย่างยิ่งต่อการได้คุณสมบัติการเปียกที่น่าพอใจ

การกักเก็บน้ำในดิน

การกักเก็บน้ำในดินเป็นปรากฏการณ์ที่สำคัญอย่างยิ่ง เพราะช่วยเพิ่มปริมาณน้ำที่พืชสามารถใช้ได้และทำให้ดินทนทานต่อความแห้งแล้งได้ดีขึ้น การใช้สารเพิ่มความชุ่มชื้นในการชลประทานช่วยเพิ่มความสามารถในการกักเก็บน้ำของดินได้อย่างมาก

เพื่อแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกักเก็บน้ำของระบบชลประทานต่างๆ จึงได้ทำการจำลองอีกครั้งโดยใช้ก้อนน้ำตาล ภาพถ่ายด้านล่างแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการกักเก็บน้ำที่ต่ำเมื่อไม่มีการเติมสารเพิ่มความชุ่มชื้น

ภาพที่ 1 การจำลองการกักเก็บน้ำ น้ำที่มีสารเพิ่มความเปียก 0.5%สามารถกักเก็บได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ก้อนน้ำตาลด้านบนแต่ละก้อนถูกทำให้ชุ่มด้วยสารละลายน้ำ 25 หยด หลังจากนั้นไม่กี่นาที พบว่าน้ำที่ไม่มีสารเติมแต่งเกือบจะระบายออกจากโครงสร้างที่มีรูพรุนจนหมด ในขณะที่สารละลาย EXOwet R ถูกกักเก็บไว้อย่างสมบูรณ์ นี่แสดงให้เห็นว่าแม้การเติมสารลดแรงตึงผิวเพียงเล็กน้อยลงในน้ำก็สามารถเพิ่มความสามารถในการกักเก็บน้ำของดินได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมจริง เนื่องจากน้ำที่ไหลผ่านชั้นดินอย่างรวดเร็วอาจนำไปสู่การชะล้างสารอาหารที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตของพืชได้

การให้น้ำซ้ำหลายครั้งโดยใช้ EXOwet R3823 และ R3831

การศึกษาที่ผ่านมาแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า การรดน้ำดินโดยใช้สารละลายสารช่วยให้ดินชุ่มชื้นนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าการใช้น้ำเปล่าเพียงอย่างเดียวอย่างเห็นได้ชัด

วิดีโอด้านล่างแสดงให้เห็นว่า การรดน้ำซ้ำๆ โดยใช้สารละลาย EXOwet R3831 ความเข้มข้น 1%ส่งผลต่ออัตราการดูดซับน้ำอย่างไร ในรอบการรดน้ำครั้งต่อๆ ไปที่ใช้น้ำเปล่าเพียงอย่างเดียว:

วิดีโอ 2. การเปรียบเทียบอัตราการดูดซับน้ำขึ้นอยู่กับจำนวนครั้งของการบำบัด
โดยใช้สารละลาย EXOwet R3831 ความเข้มข้น 1%

การศึกษาครั้งนี้ใช้กระถางพีทที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพซึ่งจำลองดิน (อินทรียวัตถุในดิน) โดยวางกระถางไว้ในภาชนะที่บรรจุน้ำโดยไม่เติมสารใดๆ กระถางที่ 1 ไม่ได้ถูกทำให้ชุ่มด้วยสารละลาย EXOwet R3831 ก่อน กระถางที่ 2 ถูกทำให้ชุ่มด้วยสารละลาย EXOwet R3831 หนึ่งครั้งแล้วจึงทำให้แห้ง ในขณะที่ กระถางที่ 3 ถูกทำให้ชุ่มด้วยสารละลาย EXOwet R3831 สองครั้งแล้วจึงทำให้แห้ง

จะเห็นได้ว่า หลังจากผ่านไปไม่กี่นาที กระถางที่ 1 ยังไม่ดูดซับน้ำ ในขณะที่กระถางที่ 2 มีอัตราการดูดซับน้ำปานกลาง ในขณะที่กระถางที่ 3 ดูดซับน้ำได้อย่างรวดเร็วมาก (ดูดซับน้ำจนอิ่มตัวภายใน 10 นาที)

ข้อสรุปจากการทดลองนี้คือ การทำให้ดินเปียกก่อนด้วยสารละลายตัวเร่งการดูดซับน้ำ ส่งผลให้การดูดซับน้ำเพิ่มขึ้นและเร็วขึ้นในระหว่างการรดน้ำครั้งต่อๆ ไป ซึ่งเป็นการยืนยันความถูกต้องของการรดน้ำหลายครั้งโดยใช้สารละลายตัวเร่งการดูดซับน้ำ

มีการศึกษาที่คล้ายกันนี้กับตัวอย่างดินจริง ภาชนะที่มีรูเจาะที่ฐานถูกเติมด้วยปุ๋ยหมักอเนกประสงค์ที่แห้งแล้วประมาณ 100 กรัม จากนั้นจึงเติมน้ำหรือสารละลายตัวเร่งการดูดซับน้ำ 1%แล้วจึงทำให้แห้ง ภาชนะบรรจุดินถูกแช่ในจานเพาะเชื้อที่มีน้ำเปล่า และวัดเวลาที่ใช้และปริมาตรของสารละลายที่ดูดซับ ผลลัพธ์แสดงในกราฟด้านล่าง:

รูปที่ 3 การเปรียบเทียบอัตราการเปียกและการดูดซับน้ำของดินที่ชุ่มชื้นด้วยสารละลายน้ำชลประทานชนิดต่างๆ

จากการศึกษา สรุปได้ว่า การใช้สารเพิ่มความเปียกเป็นส่วนผสมในน้ำชลประทาน ไม่เพียงแต่เพิ่มปริมาณน้ำที่ดูดซับทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังเพิ่มอัตราการดูดซับด้วย ดินที่ชุ่มชื้นด้วยสารละลาย EXOwet R ดูดซับน้ำได้มากกว่าดินที่ชุ่มชื้นด้วยน้ำเปล่าประมาณ 10 เท่า ในนาทีแรกหลังการรดน้ำ การดูดซับน้ำสูงสุดของ EXOwet R เกิดขึ้นเร็วที่สุดประมาณ 10-15 นาที ในขณะที่น้ำเปล่า การดูดซับน้ำเพิ่มขึ้นเป็นแบบเชิงเส้นโดยประมาณ อย่างไรก็ตาม แม้หลังจาก 1 ชั่วโมง การดูดซับน้ำก็ยังต่ำกว่าสารเพิ่มความเปียกถึง 1.5 เท่า

สรุป

จากการวิจัยที่ดำเนินการมา พบว่าการใช้สารลดแรงตึงผิว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารในกลุ่มสารช่วยให้เปียก สามารถก่อให้เกิดผลกระทบที่สำคัญและเห็นได้ชัดในดิน การใช้ EXOwet R นำมาซึ่งประโยชน์มากมาย:

• ลดผลกระทบเชิงลบที่เกิดจากคุณสมบัติไม่ดูดซับน้ำของดิน
• การให้น้ำดินอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ
• เพิ่มปริมาณน้ำที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืชและการผลิตทางการเกษตร
• การกักเก็บน้ำในบริเวณรากพืช
• การป้องกันปรากฏการณ์ที่ไม่พึงประสงค์ เช่น การสะสมของน้ำบนพื้นผิว การไหลบ่าของน้ำบนพื้นผิว และการกัดเซาะดิน
• โดยรวมแล้ว สุขภาพของดินดีขึ้น