Introduction to pH

Въведение в рН

Киселинността (pH) на почвата и питателната вода са основните аспекти на един добър хранителен план. pH не влияе пряко върху растенията, но засяга пряко наличието на хранителни вещества за тях. Растенията също може да влияят върху pH на почвата в близост до корените им, както ще видим по-нататък в тази статия.

Автор: Отдел “Научни изследвания” на CANNA

За да разберете по-добре ефекта на pH върху реколтата ви, първо трябва да дадем определение за pH. Скàлата на pH, стандартната мярка за киселинност, е разработена през 1909 г. от директора на химическия отдел на лабораторията „Карлсберг“. Тя буквално означава „силата на водорода“, защото тази скала предоставя проста и универсална мярка за количеството водородни йони в даден разтвор. Тези йони влияят на киселинността и на химическите реакции в разтвора. pH е дефинирана като „отрицателен логаритъм на концентрацията от водородни йони“. Това е в резултат от наличието на аниони (отрицателно заредени хранителни вещества) и катиони (положително заредени хранителни вещества). Скалата на pH е от нула (киселинност) до 14 (алкалност), като pH 7 е неутралната точка.

Въведение в рН
Фигура 1: Това е цветно изображение от сканиращ електронен микроскоп (СЕМ) на микориза; симбиотично свързване между почвена гъба и корените на васкуларно растение. Гъбата има достъп до хранителни вещества, недостъпни за растението, преработва ги и ги предоставя на корените. Микоризата предпочита леко киселинна среда за оптималния си растеж.

Растението може да влияе върху живота на почвата в своята ризосфера

Ризосферата е ограниченото почвено пространство, което е под прякото въздействие от коренните секрети и свързаните с тях почвени микроорганизми. Растенията реагират на хранителния недостиг, като променят коренната си морфология, наемайки помощта на микроорганизми и променяйки химическия състав на ризосферата. Компоненти, съдържащи се в коренните ексудати, помагат на растенията да се сдобият с хранителни вещества посредством окисляване, променяне на редукционните условия в ризосферата или пряко свързване с хранителното вещество. Ексудатите могат да освободят хранителни вещества чрез разтваряне на неразтворими минерални частици или чрез десорбция от глинени минерали или органична материя, вследствие на което хранителните вещества се освобождават в почвата под формата на разтвор и се усвояват от растението. При подготовката на хранителния разтвор производителят трябва да се увери, че pH на водата е в определени граници. Препоръчително е тези граници да са такива, че да осигуряват възможно най-много хранителни вещества на растението, тоест между 5.2 и 6.2. При необходимост pH на торните разтвори може да се регулира чрез добавяне на киселина за понижаване на pH или на основа – за увеличаването му. Но в ризосферата, тоест почвата около живите корени, нещата стават съвсем различни. Корените отделят много вещества, които променят pH в субстрата.

Въведение в рН
Фигура 2: Всяка почвена частица съдържа чист отрицателен електрически заряд и затова може да привлича и задържа положително заредени елементи като калий и калций. Тези елементи се привличат и задържат на повърхността на почвените частици като с магнит.  Глината и органичната материя притежават по-висок чист отрицателен електрически заряд и затова имат повече способност да задържат положително заредени йони или катиони. Отрицателно заредените йони, като нитратните и фосфатните, обикновено биват отблъснати.

pH в ризосферата може да е доста по-различна от pH, измерена в хранителния разтвор. Основната причина за това е, че растението трябва да остане „неутрално“. Разтворени във вода, всички хранителни вещества стават налични като йони. Тези йони винаги имат или положителен, или отрицателен заряд. Положително заредените йони, като например K+, се наричат „катиони“. Отрицателно заредените йони, като NO3, се наричат „аниони“. Някои хранителни вещества могат са присъстват под множество форми. Например фосфатите, които се срещат като PO4 3- , HPO4 2- и H2PO4 -. Само последната форма обаче може да бъде усвоена от корените. Повърхността на корена е отрицателно заредена. В това състояние отрицателно заредените йони като H2PO4  ще бъдат отблъснати от повърхността на корените подобно на два магнита с еднакви полюси. Растенията са развили няколко начина за подпомагане на усвояването на аниони. За всеки анион, който растението усвоява, то отделя друг анион като хидроокис (OH-) или бикарбонатен йон (HCO3 -). По същия начин за всеки катион, който растението усвоява, то отделя друг катион като H+. По този начин зарядът на растението остава балансиран. Все пак страничният ефект от този процес е, че отделените йони влияят върху pH на ризосферата в субстрата. След отделянето на катион, pH в близост до корените намалява (става по-киселинна). След отделянето на аниони, pH в близост до корените се увеличава (става по-алкална).

Добре известен е фактът, че азотните торове влияят върху pH в близост до корените. Това прозрение е важно, защото ако растението усвои голямо количество азот, ефектът би бил значителен. Този ефект обаче е налице с всяко хранително вещество или тор. Като производител можете да добавяте азот под различни форми. Амоният (NH4 +) има киселинен ефект в почвата. Нитратът (NO3 -) пък има алкален ефект. Някой лесно би могъл да предположи, че решението е да се наторява с амониев нитрат (NH4NO3). Нещата обаче не са толкова прости. Амоният ще бъде усвоен много по-бързо от растението в сравнение с нитрата и резултатът в крайна сметка ще бъде окисляване на почвата. Всички тези реакции трябва да се обмислят, защото всяко хранително вещество си има собствен оптимален диапазон на рН в почвата, що се отнася до наличността му за растението. За някои елементи това е ограничен диапазон на pH и само по себе си измерването на pH в хранителния разтвор няма да ви даде представа какво наистина се случва долу в ризосферата.

Ексудати

Въведение в рН
Фигура 3: Това изображение показва, че за всеки катион (в синьо), който растението усвоява, то отделя друг катион като H+. За всеки анион (в червено), който растението усвоява, то отделя хидроокисен (например OH-) йон. По този начин чистият заряд на растението винаги остава балансиран. Един от страничните ефекти е, че отделените йони влияят върху pH на ризосферата в субстрата. Когато растението отдели катион, се понижава pH близо до корените. Отделянето на аниони повишава pH в близост до корените.

Още в миналото станало ясно, че корените отделят много вещества и оказват пряко въздействие върху живота на почвата около повърхността на корените. Тези вещества се наричат „ексудати“. Основните ексудати са захарите и органичните киселини. Киселини като лимоновата, оксаловата и ябълчената до голяма степен присъстват в клетъчната влажност на корените. Тези елементи могат да влияят и върху pH в почвата, но степента на това влияние е различна за всяко растение. Ако киселините са отделени от корените, те се разтварят като аниони и правят почвата в близост до тях по-алкална, като всички аниони. Обикновено тези ексудати имат минимално влияние върху pH в сравнение със силния ефект след отделянето на H+ -йон. Забележителното е, че не всяка част от коренната система действа по един и същ начин. При върха на корена се отделят повече H+ -йони, а в основата му – повече аниони. Това вероятно е свързано с разликите при усвояването на торовете.

Нивата на pH влияят върху наличието на хранителни вещества и растежа на растенията

Нивото на pH влияе върху наличието на хранителни вещества, а оттам и непряко върху растежа на растенията. pH може да повлияе и върху усвояването на хранителни вещества през корените. Не всяко хранително вещество е засегнато еднакво, но повечето от тях са налични за растенията при диапазон на pH от 5.2 до 6.2 (виж фигура 4). Преди хранителното вещество да бъде оползотворено от растението, то трябва да се разтвори в почвения разтвор. Повечето минерали и хранителни вещества са по-разтворими и съответно присъстват в по-голямо количество в леко киселинни почви, отколкото в неутрални или леко алкални почви. В неутрални или леко алкални почви някои елементи могат да станат „неактивни“ и по този начин неусвоими за растението. Такива елементи са желязото, манганът, медта, цинкът и борът. От друга страна, в силно киселинни почви разтворимостта на фосфора, калция и магнезия намалява. Фосфорът е трудно разтворим в почвата, но се среща най-често в нея при диапазон на pH около 6.5. Тази стойност е различна за различните субстрати. Киселинните почви (pH 4.0-5.0) могат да имат високи концентрации на разтворим алуминий, манган и желязо, които може да са отровни за растежа на някои растения. Хранителните вещества за здравословен растеж на растенията са разделени в различни категории: макрохранителни вещества (елементи, необходими в по-големи количества), които от своя страна се делят на първични и вторични, и микрохранителни вещества или остатъчни елементи (елементи, необходими в много малки количества). Голяма част от недостига на вторични и микрохранителни вещества лесно може да се коригира чрез поддържане на средата около оптималния диапазон на pH. Ниските pH стойности (3-5), съчетани с висока температура (над 26 градуса Целзий), могат да предизвикат някои гъбични болести. В силно киселинни почви активността на бактериите, разлагащи органичната почвена материя, може да бъде забавена. Това предпазва органичната материя от разпад и така тя се натрупва, без да се освобождават хранителни вещества в почвата и по-специално азот, който бива затворен в органичната материя. В резултат на това растежът на растенията може да бъде повлиян негативно. В органичните почвени субстрати има полезни гъбички, наречени „микоризи“. Тези микроорганизми предпочитат леко киселинна среда за оптималния си растеж. Алкалността на водата също е относителен фактор. Ако тя е над 200 – 250ppm CaCO3, тогава трябва да се добави киселина, за да се сведе до минимум влиянието ѝ върху pH на растежната среда.

Въведение в рН
Фигура 4: Повечето хранителни вещества за растенията са налични в диапазон на pH от 5.2 до 6.2.

Как и защо pH често се променя в хидропонните системи

Усвояването на аниони (отрицателно заредени хранителни вещества) и на катиони (положително заредени хранителни вещества) от растенията може да предизвика значителни промени в pH на растежната система. Ако бъдат усвоени повече катиони, отколкото аниони, рН ще се понижи. Ако бъдат усвоени повече аниони, отколкото катиони, рН ще се повиши. Понеже азотът (елемент, необходим в големи количества за здравословния растеж на растенията) може да бъде доставен и като катион (амоний - NH4 +), и като анион (нитрат - NO3 -), съотношението между тези две форми на азот в хранителния разтвор може да има огромно влияние върху темпото и посоката на промените в рН с времето. Промени в рН могат да възникнат изненадващо бързо. Повечето видове зеленчуци виреят най-добре в хранителен разтвор с рН между 5.2 и 6.2 и при температури между 20 и 22 градуса Целзий.

Когато светлината е оскъдна (в облачни дни или при отглеждане в стайна среда), растенията ще поемат повече калий и фосфор от хранителния разтвор, увеличавайки киселинността (рН ще се понижи). При оскъдна светлина темпото на транспирация също се забавя, което от своя страна понижава усвояването на калций. Ако това е съчетано с ниско рН в субстрата, могат да се появят симптоми на недостиг на калций. При наличие на изобилна ярка светлина (в ясни слънчеви дни) растенията ще усвоят повече азот от хранителния разтвор. В резултат на това киселинността намалява (рН се повишава).

Въведение в рН
Фигура 5: Тази диаграма ще ви помогне да идентифицирате хранителните дефицити.

Какво се случва, ако рН е твърде висока или твърде ниска и как да разпознаваме симптомите

Първите симптоми на недостиг на хранителни вещества си проличават по листата. Недостигът на желязо (Fe), например, може да настъпи доста бързо. При стойности на pH от 7 или повече, по-малко от 50 процента от желязото е достъпно за растенията. При стойности на pH от 8.0, само малко количество желязо остава в разтвора благодарение на железните хидроокисни утайки (Fe(OH)3 , които в крайна сметка се превръщат в ръжда). По фигура 5 можем да идентифицираме недостига на хранителни вещества в растенията. Хлорозата представлява пожълтяване или обезцветяване на зелената растителна тъкан поради загуба на хлорофил. Некрозата представлява умиране на растителна тъкан и се проявява като тъмнокафяво обезцветяване върху част от листата.

Мястото върху растението, където настъпват симптомите (върху стари или върху млади листа) зависи от подвижността на конкретния елемент в растението. Елементи с много ниска подвижност са борът, калцият, медта, желязото, манганът, молибденът и цинкът. Недостигът на тези елементи се забелязва първо при по-младите листа. Тези елементи се придвижват до младите листа чрез потока от растителни сокове. Те не циркулират вътре в растението. По-подвижни елементи са азотът, калият и магнезият. Симптоми на недостиг на тези елементи се наблюдават при по-старите листа на растенията, защото елементите се пренасочват от по-старите към по-младите листа, които имат нужда от повече хранителни вещества за процеса на растеж.

Rate this article: 
No votes yet