ไนโตรเจน...ธาตุอาหารพืชเปลี่ยนโลก

รู้ไว้ใช่ว่า…

• ถ้าไม่มีไนโตรเจน…โลกเราจะขาดแคลนอาหาร!!!!!
• ทำไมก่อนขึ้นเครื่องบิน เราไม่ควรให้ปุ๋ยต้นไม้?
• แล้วมันเกี่ยวอะไรกับ “แอมโมเนียมไนเตรท” และการสร้างระเบิด?
  

“ไนโตรเจน” เป็นธาตุสำคัญ ที่อยู่เบื้องหลังความสำเร็จในการเพิ่มผลผลิตพืชแบบก้าวกระโดดในรอบหลายสิบปีที่ผ่านมา เพราะช่วยเติมเต็มธาตุอาหารที่พืชขาดแคลน ทำให้มนุษย์สามารถผลิตอาหารเลี้ยงคนทั่วโลกได้

ทำไมไนโตรเจนถึงสำคัญ? – รู้ไหมว่า ในอากาศที่เราหายใจ แม้จะเต็มไปด้วยออกซิเจน อันที่จริงแล้ว มีออกซิเจนเป็นส่วนประกอบเพียงแค่ 21% หรือประมาณ 1 ใน 5 เท่านั้น!! แก๊สที่เป็นใหญ่ในอากาศกลับเป็นแก๊สไนโตรเจน (N₂, N≡N) ที่มีอยู่กว่า ¾ ของส่วนประกอบทั้งหมด

ทว่า…พืชกลับไม่สามารถใช้งานเจ้าธาตุไนโตรเจน 2 อะตอมในแก๊สไนโตรเจนที่มีอยู่เต็มบรรยากาศได้ง่ายนัก เพราะความแข็งแรงของ “พันธะเคมี (โควาเลนซ์)” จำนวน 3 พันธะ ที่ทั้งสองอะตอมใช้แบ่งปันอิเล็กตรอนกันอยู่ ด้วยเหตุนี้ การขาดธาตุไนโตรเจนจึงเป็นปัจจัยจำกัดการเติบโตของพืชทั่วโลก (…ยกเว้นเจ้าพวกถั่ว ที่เซ็นสัญญาสร้างพันธมิตรกับเหล่า “ไรโซเบียม” ยอมให้มาอาศัยในราก แลกกับการช่วยตรึงไนโตรเจนจากอากาศมาให้ใช้)

จุดเปลี่ยนสำคัญที่ทำให้ไนโตรเจนมีบทบาทในเวทีโลก คือการค้นพบระดับรางวัลโนเบลของนักเคมีชาวเยอรมัน คุณฮาเบอร์ และคุณบอช ที่ทำให้มนุษย์สามารถตรึงแก๊สไนโตรเจน โดยทำปฏิกิริยากับแก๊สไฮโดรเจน (H₂)…. เกิดมาเป็นแก๊สแอมโมเนีย (NH₃) …ใช่แล้วครับ! มันคือเจ้ากลิ่นฉุนที่เราดมในห้องพยาบาลเวลาจะเป็นลม

เจ้ากระบวนการนี้ จะเกิดขึ้นได้ ต้องอาศัยความดัน และอุณหภูมิสูงมากกกกก เพื่อจะทำลายเยื่อใย (พันธะเคมี) ระหว่างไนโตรเจนทั้งสองอะตอม ให้ยอมมาสร้างพันธะใหม่กับอะตอมของไฮโดรเจน… และนี่จึงเป็นจุดเริ่มต้นของการผลิตปุ๋ยเคมีไนโตรเจนเพื่อการเกษตร ทำให้มนุษย์สามารถเอาชนะข้อจำกัดปริมาณไนโตรเจนในดิน และเพิ่มผลผลิตอาหารได้อย่างมหาศาล

ทว่า… ในเมื่อการทำลายพันธะของแก๊สไนโตรเจน ต้องใช้พลังงานมหาศาลใส่ลงไปในระบบเพื่อแยกเจ้าไนโตรเจนออกจากกัน ท่านคงจะเดาได้ว่า กระบวนการ “ย้อนกลับ” ของปฏิกิริยานี้ ย่อมปลดปล่อยพลังงานมหาศาลเช่นเดียวกัน

ด้วยเหตุนี้ การตรึงไนโตรเจนจากอากาศของคุณฮาเบอร์ และบอช จึงไม่เพียงทำให้มนุษย์เข้าถึงปุ๋ยเคมีที่ช่วยผลิตอาหารเลี้ยงโลก แต่ยังเป็นแหล่งผลิตวัตถุดิบที่ประเทศเยอรมันใช้สร้างระเบิด ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1

สารประกอบไนโตรเจน จึงเป็นสารสำคัญกลุ่มหนึ่งที่หน่วยรักษาความปลอดภัยในสนามบินตรวจสอบตามหาอย่างเข้มงวด ถ้าใครคิดจะให้ปุ๋ยไนโตรเจนกับพืชที่บ้านก่อนเดินทาง ก็อย่าลืมล้างมือ อาบน้ำเปลี่ยนชุดให้สะอาดเรียบร้อยเสียก่อนจะผ่านไปสนามบิน เพราะปุ๋ยเคมีที่ให้พืช แม้ว่าจะมีส่วนประกอบแตกต่างกันไป (ยกตัวอย่างเช่น ปุ๋ยไนโตรเจน “แอมโมเนียมไนเตรต” (NH₄NO₃) เป็นสารประกอบที่มีแค่ 3 ธาตุหลักคือ N, H และ O – พืชชอบไนโตรเจนจากเจ้าปุ๋ยนี้มากกกก จะเติบโตได้ดีสุด ๆ เพราะช่วยรักษาสมดุลธาตุอาหาร และความเป็นกรดด่างในดินได้ดี…ไว้จะมาเล่าในโอกาสหน้า) แต่ทุกปุ๋ยมักมีไนโตรเจนเป็นพระเอกคนสำคัญ ดังนั้น ระวังจะทำให้ด่านตรวจกระเป๋าแตกตื่น เพียงเพราะเพิ่งใส่ปุ๋ยให้กับบรรดาพืชผักผลไม้ที่บ้านก่อนออกเดินทาง!

เรื่องราววันนี้ เป็นอีกตัวอย่างของวิทยาศาสตร์เปลี่ยนโลก มนุษย์เราไม่เคยหยุดที่จะสรรหาหนทางใหม่ ๆ เพื่อความอยู่รอด บางนวัตกรรมช่วยสร้างสรรค์ แต่บางนวัตกรรมกลับทำลาย ขึ้นอยู่กับดุลยพินิจของท่าน.. ทุกท่านซึ่งเป็นผู้ใช้ “วิทยาศาสตร์” ท่านเลือกได้ เหมือนที่ท่านเลือกที่จะใช้ไนโตรเจนเพื่อหล่อเลี้ยงชีวิตพืชและเพื่อนมนุษย์ … หรือจะใช้มันเพื่อทำลายกัน

category: thoughts 
tag: science  plant  ภาษาไทย 

---

Read more thoughts:

• Genetic adaptation to ammonium sustains wheat grain quality and alleviates acclimation to CO₂ enrichment (23 Nov 2023)
  
• Sharing research data (25 Jan 2023)
  
• Breeding for Higher Yields of Wheat and Rice through Modifying Nitrogen Metabolism (23 Dec 2022)
  
• Giving credit where it's due (18 Nov 2022)
  
• Lessons beyond classroom: 12 opportunities to grow a better self while in college (10 Aug 2022)
  
• Everything, Everywhere, All at Once (01 Aug 2022)
  
• UC Davis Plant Sciences Symposium 2022 Award Winners Announced - Paul gave the best student talk! (27 Jun 2022)
  
• I was told that: It's what you do that defines you. Is it? (20 May 2022)
  
• I was told that: Opportunity is like a bus (20 May 2022)
  
• Can we use personalized ads to improve our decision? (12 May 2022)
  
• If you could choose better, would you? (12 May 2022)
  
• How pottery helps me write (10 May 2022)
  
• We need more conflicts (08 May 2022)
  
• Rate My Lab! - A yelp-like platform to grade your advisor? (01 May 2022)
  
• Life outside the lab - exploring passion projects beyond research (27 Apr 2022)
  
• Thought of the week: Trash hunt squad? (22 Apr 2022)
  
• Never have I ever… coded (and wondered into the world of data science) (18 Feb 2022)
  
• Where do we get protein in our daily diets? (01 Jun 2021)
  
• ภาษาไทย (15 May 2021)
  
• Hello World (13 May 2021)
  
• Find a talk - What if we can find all the talks in the world? (09 May 2021)
  
• Meet Public Scholarship and Engagement Prize Winner: Paul Kasemsap (19 Apr 2021)
  
• Meet the Fulbrighters Series: Pure & Applied Science - Paul joined a panel sharing Fulbright experience in the USA (30 Mar 2021)
  
• Meet Paul Kasemsap, Horticulture & Agronomy Graduate Student and Grad Slam Finalist (19 Mar 2021)
  
• ชีวิตติดโชค (01 Nov 2020)
  
• ไนโตรเจน...ธาตุอาหารพืชเปลี่ยนโลก (05 Aug 2020)
  
• Grad Innovator Fellowship 2020: Meeting Global Protein Demands and Optimizing Resources in the Face of Climate Change (01 Apr 2020)
  
• Rising atmospheric CO₂ concentration inhibits nitrate assimilation in shoots but enhances it in roots of C3 plants (23 Oct 2019)
  
• UC Davis Plant Breeding Center Graduate Student Spotlight (01 Jun 2018)
  
• “ไบเออร์” สร้างยุวชนเกษตร รับมือปัญหาความมั่นคงทางอาหาร (15 Nov 2017)
  
• 2 ยุวชน..หัวใจเกษตร กับเวทีสำคัญ..ภารกิจช่วยโลก!! (12 Nov 2017)
  
• การประชุมสุดยอดยุวชนเกษตร (Youth Ag-Summit) ปี พ.ศ. 2560 (27 Oct 2017)
  
• Characterisation of Arabidopsis thaliana candidate genes putatively involved in the response to salt stress (08 Jul 2015)
  
• First day of class in Wageningen (21 Jun 2015)
  
• A year in Wageningen UR (19 Jun 2015)
  
• Fietsen are sustainable! (18 Jun 2015)
  
• Changes in photosynthetic and other yield components contributing to yield improvement of Dutch tomato (01 Jun 2015)
  
• การเดินทางจากสนามบิน Schiphol สู่ Wageningen (12 Aug 2013)
  
• The appropriate supporting material for micropropagated Vanilla planifolia Jacks. ex Andrews plantlet (08 May 2013)
  
• Effect of Drought Stress on Chlorophyll Fluorescence and Net CO₂ Exchange Rate of Vanilla planifolia Jacks. ex Andrews (25 Mar 2013)