ชั้น ดินเหนียวแข็ง (Claypan)เป็นชั้นดินที่หนาแน่น อัดแน่น และซึมผ่านได้ ช้า ในดินชั้นล่าง^{[ 1 ]}มี ปริมาณ ดินเหนียว สูง กว่าวัสดุที่อยู่ด้านบนมาก โดยมีขอบเขตที่ชัดเจนคั่นอยู่ โครงสร้างที่หนาแน่นนี้จำกัดการเจริญเติบโตของรากและการซึมผ่านของน้ำ ดังนั้น ระดับน้ำใต้ดินที่อยู่เหนือชั้นดินเหนียวแข็งจึงอาจเกิดขึ้นได้^{[ 2 ]}ในระบบการจำแนกประเภทของแคนาดา ชั้นดินเหนียวแข็งถูกกำหนดให้เป็นชั้นดิน B (Bt) ที่อุดมไปด้วยดินเหนียว^{[ 3 ]}

^{ดินเหนียวมีอยู่ทั่วไปในพื้นที่กว้างขวางของ ภาค}กลางของสหรัฐอเมริกา (ประมาณ 4 ล้านเฮกตาร์) ครอบคลุมหลายรัฐ เช่นแคนซัส โอคลาโฮมาและอิลลินอยส์^{[ 2} ] นอกจากนี้ยังพบได้ในออสเตรเลียทั่วทางตะวันตกเฉียงใต้ของควีนส์แลนด์^{[ 4 ]}

ชั้นดินเหนียวเกิดขึ้นจากวัสดุต้นกำเนิดที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางธรณีวิทยา เช่น ที่ราบน้ำท่วมถึง การก่อตัวของชั้นดินเหนียวเกี่ยวข้องกับการขาดการปกคลุมของพืช การกระจายขนาดอนุภาคของดิน และปริมาณน้ำฝนสูง การขาดการปกคลุมของพืชทำให้ดินมีความอ่อนไหวต่อการโจมตีของหยาดฝนมากขึ้น เมื่อหยาดฝนตกลงบนดินเปล่าด้วยพลังงานสูง อนุภาคทรายละเอียด ตะกอน และดินเหนียวจะถูกจัดเรียงใหม่เพื่ออุดช่องว่างทั้งหมด เมื่อช่องว่างทั้งหมดถูกเติมเต็ม ชั้นที่อัดแน่นจะเกิดขึ้นเพื่อจำกัดการซึมผ่านของน้ำ^{[ 4 ]}

วัสดุหลักคือดินเหนียวมอนต์มอริลโลไนต์ ซึ่งมีคุณสมบัติการบวมและหดตัวสูงขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำในดิน ในฤดูแล้ง การระเหยจะเคลื่อนน้ำจากชั้นดินลึกขึ้นสู่ผิวดินผ่านแรงดึงดูดของเส้นเลือดฝอย การสูญเสียน้ำส่งผลให้ดินเหนียวหดตัว และดินจะแห้งและแข็ง ในฤดูฝน ปริมาณน้ำฝนสูงทำให้ดินเหนียวบวมเพื่อดูดซับน้ำ ปริมาณความชื้นสูงส่งผลให้เนื้อดินเหนียวเปียกและเหนียว เมื่อดินเหนียวบวม ค่าการนำไฟฟ้าของน้ำที่อิ่มตัวต่ำจะป้องกันการซึมของน้ำในแนวดิ่งไปยังชั้นดินที่ลึกกว่า ทำให้เกิดน้ำขังอยู่เหนือชั้นดินเหนียว^{[ 5 ]}

การซึมผ่านของน้ำถูกจำกัดในชั้นดินเหนียว ส่งผลให้การระบายอากาศของดินต่ำ ความสามารถในการกักเก็บน้ำของดินเหนียวสูง อย่างไรก็ตาม น้ำที่กักเก็บไว้ส่วนใหญ่ไม่พร้อมใช้งานสำหรับพืช เนื่องจากน้ำระเหยบ่อยและขนาดรูพรุนของดินมีขนาดเล็ก^{[ 6 ]}

เนื่องจากชั้นดินเหนียวมีสภาพเป็นกรดและมีดินเหนียวสูง จึงมีการดูดซับออกไซด์ของ Al, K และ Fe ในแร่ดินเหนียวในปริมาณสูง ดังนั้นชั้นดินเหนียวจึงมีโซนที่โดมินันต์ด้วยแคตไอออน ซึ่งส่งผลให้มีความสามารถในการแลกเปลี่ยนแคตไอออน (CEC) ที่ค่อนข้างสูงในการดูดซับและกักเก็บสารอาหาร^{[ 7 ]}

ความเข้มข้นของโพแทสเซียมที่สกัดได้มีความสัมพันธ์เชิงบวกกับปริมาณดินเหนียว มีปริมาณโพแทสเซียมที่สกัดได้ค่อนข้างสูงในชั้นดินเหนียวเนื่องจากการสะสมของแคตไอออน ปริมาณอะลูมิเนียมออกซิเดตและเหล็กออกซิเดตที่สูงจะดึงดูดฟอสฟอรัสไปยังอนุภาคดินเหนียว ซึ่งทำให้ปริมาณฟอสฟอรัสในดินเพิ่มขึ้น^{[ 8 ]}

ผลเสียที่สำคัญของชั้นดินเหนียวต่อพืช ได้แก่ การจำกัดการเจริญเติบโตของราก การจำกัดปริมาณน้ำ และการจำกัดสารอาหาร โครงสร้างที่หนาแน่นของชั้นดินเหนียวจะจำกัดการเจริญเติบโตของราก

พืชที่มีรากตื้นอาจไม่สามารถทนต่อแรงหดตัวของดินเนื่องจากการหดตัวของดินเหนียวในฤดูแล้งได้ อัตราการซึมผ่านของน้ำและค่าการนำไฟฟ้าของน้ำที่ต่ำอาจทำให้เกิดระดับน้ำใต้ดินที่ขังอยู่บนชั้นดินเหนียว น้ำในระดับน้ำใต้ดินที่ขังอยู่นี้จะระเหยไปแทนที่จะถูกดูดซึมโดยพืช โดยเฉพาะในฤดูแล้ง ในฤดูฝนที่มีปริมาณน้ำฝนสูง น้ำสามารถซึมผ่านดินได้ทั่วถึง อย่างไรก็ตาม การระบายอากาศที่ต่ำในดินอิ่มตัวอาจส่งผลให้รากเน่า ซึ่งลดความมั่นคงของพืช^{[ 9 ]}

ลักษณะที่เป็นกรดและมีดินเหนียวสูงของชั้นดินเหนียวทำให้ฟอสฟอรัส (P) ถูกดูดซับโดยแร่ธาตุในดินเหนียว แม้ว่าปริมาณ P ทั้งหมดในชั้นดินเหนียวจะค่อนข้างสูง แต่อนุภาคดินเหนียวจะดึงดูดฟอสฟอรัสอย่างมาก ทำให้พืชไม่สามารถนำไปใช้ได้ ดังนั้นจึงต้องใช้ปุ๋ยฟอสฟอรัสในปริมาณมากเพื่อเพิ่มปริมาณ P ที่พืชสามารถดูดซึมได้ แตกต่างจากฟอสฟอรัส ปริมาณโพแทสเซียม (K) ในชั้นดินเหนียวมีปริมาณสูง ทำให้พืชสามารถนำไปใช้ได้ ซึ่งช่วยลดการใช้ปุ๋ยโพแทสเซียม^{[ 7 ]}

ดินที่มีชั้นดินเหนียวแข็งมีความเสี่ยงต่อการกัดเซาะดิน สูง อัตราการซึมผ่านของน้ำต่ำและระดับน้ำใต้ดินที่อยู่เหนือชั้นดินเหนียวแข็งทำให้ปริมาณน้ำไหลบ่าบนพื้นผิว เพิ่มขึ้นอย่างมาก ในช่วงที่มีฝนตกเป็นเวลานานหรือมีความเข้มข้นสูง น้ำที่ไหลบ่าสามารถชะล้างหน้าดินซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยอินทรียวัตถุออกไปได้ และจะลดปริมาณสารอาหารที่พืชสามารถใช้ได้ลงอีกด้วย^{[ 1 ]}

• กิลไก
• ดินแข็ง