کشت هیدروپونیک – مقدمه

کشت هیدروپونیک – مقدمه

در این مقاله مقدمات لازم و آشنایی با عناصر مختلف برای کشت هیدروپونیک به صورت کامل شرح داده شده است.

 اجزاء تشکیل دهنده گیاه

گیاه تازه شامل حدود 80 تا 95 درصد آب است. درصد دقیق آب به نوع گیاه و تورم گیاه در زمان نمونه برداری بستگی دارد که ناشی از زمان روز، مقدار رطوبت در دسترس خاک، دما، جهت باد و سایر عوامل است. بخاطر تنوع در وزن تازه، بررسی های شیمیایی گیاه معمولا بر پایه ماده خشک است. گیاه تازه در دمای 70 درجه سانتیگراد در مدت 24 تا 48 ساعت خشک می شوند.

وزن خشک باقیمانده در حدود 10 تا 20 درصد وزن تازه اولیه گیاه است. 90 درصد وزن خشک بیشتر گیاهان شامل سه عنصر کربن (C) و اکسیژن (O) و هیدروژن (H) است. آب، هیدروژن و اکسیژن گیاه را تامین می کند و همچنین اکسیژن از دی اکسید کربن اتمسفر همانطور که کربن بدست می آید، تامین می شود. چون تنها 15 درصد وزن تازه یک گیاه، ماده خشک است و 90 درصد آن شامل کربن، اکسیژن و هیدروژن است. پس تمام عناصر باقی مانده در گیاه به سختی 1/5 درصد وزن تازه گیاه است (15/.*1/.=015/.).

خرید انواع محصولات کودی مخصوص گلخانه و کشت هیدروپونیک(اینجا کلیک کنید)

کشت هیدروپونیک

عناصر ضروری و معدنی (کشت هیدروپونیک – مقدمه)

هنگامی که در مجموع 92 عنصر معدنی طبیعی شناخته شده بود، تنها 60 عنصر در گیاهان مختلف پیدا شده است. با وجودی که بسیاری از این عناصر در رشد گیاه مهم نیستند، ریشه های گیاه تا حدودی تمام مواد محلول در خاک را جذب می کنند چون گیاهان دارای توانایی انتخاب میزان جذب یون های مختلف هستند، جذب معمولا به نسبت مستقیم مواد غذایی قابل دسترس نمی باشند. به علاوه انواع مختلف گیاهان در توانایی انتخاب و جذب یون های مشخص، متفاوت هستند. یک عنصر باید هر سه شرط زیر را دارا باشد تا در رشد گیاه مهم شمرده شود:

آشنایی با عناصر پر مصرف و کم مصرف کشت هیدروپونیک

عناصر پرمصرف شامل کربن (C)، هیدروژن (H)، اکسیژن (O)، نیتروژن (N)، فسفر (P)، پتاسیم (K)، کلسیم (Ca)، گوگرد (S) و منیزیم (Mg) و عناصر کم مصرف (ریزمغذی) شامل آهن (Fe) ، کلر (Cl)، منگنز (Mn)، بور (B)، روی (Zn)، مس (Cu) و مولیبدن (Mo) می باشند. غلظت نسبی این عناصر در بیشتر گیاهان در جدول 1-2 آمده است.

هرچند بیشتر گیاهان عالی تنها به 16 عنصر ضروری نیاز دارند اما برخی گیاهان به عناصر دیگری نیز احتیاج دارند. آنها ممکن است عناصر دیگر را جذب کنند هرچند برای رویش طبیعی به آن نیازی نداشته باشند.

سیلیسیوم (Si)، نیکل (Ni)، آلومینیوم (Al)، کبالت (Co)، وانادیوم (V)، سلنیوم (Se) و پلاتین (Pt) برخی از موادی هستند که مقدار کمی از این عنصرها توسط گیاهان جذب می شوند  و در رویش آنها استفاده می شوند. گیاهان خانواده بقولات از کبالت برای تثبیت نیتروژن استفاده می کند و نیکل امروزه به عنوان یک عنصر لازم برای اوره آز (آنزیم تجزیه کننده اوره به کربنات آمونیوم) لازم است، شمرده می شود.

وظایف عناصر ضروری در گیاه در کشت هیدروپونیک (عناصر پر مصرف)

• نیتروژن:

بخشی از تعداد زیاد ترکیبات آلی ضروری شامل آمینواسیدها، پروتئین ها، کوآنزیم ها، اسیدهای نوکلئیک و کلروفیل می باشد.

• فسفر:

قسمتی از ترکیبات آلی مهم شامل فسفات قندی، ATP (آدنوزین تری فسفات) ، اسید نوکلئویک، فسفولیپیدها و بعضی از کوآنزیم ها می باشد.

• پتاسیم:

بعنوان یک کوآنزیم یا فعال کننده برای بسیاری از آنزیمها عمل می کند (مانند پیروات کیناز). تشکیل پروتئین نیازمند مقدار زیاد پتاسیم است . پتاسیم سبب تشکیل ساختار پایداری در داخل سلول گیاهی نمی شود.

وظایف عناصر ضروری در گیاه در کشت هیدروپونیک (عناصر کم مصرف)

• گوگرد:

در بسیاری از ترکیبات آلی شامل اسیدهای آمینه و پروتئین شرکت دارد . کوآنزیم ویتامین A و ویتامین های تیامین و بیوتین دارای گوگرد می باشند.

• منیزیم:

قسمت مهم از ملکول کلروفیل بوده  و برای عملکرد بسیاری از آنزیمها شامل مراحل شکستن پیوند ATP ضروری است. برای حفظ ساختار ریبوزومها ضروری است.

• کلسیم:

معمولا به شکل کریستال های اکسالات کلسیم در واکوئل ها وجود دارند. در دیواره سلولی به شکل پکتات کلسیم سبب چسبندگی دیواره های اولیه سلول های مجاور می شود. برای نگهداری غشا لازم است و قسمتی از آنزیم آلفا آمیلاز است. گاهی به همراه منیزیم سبب فعال کردن آنزیم ها می شود.

• آهن:

برای سنتز کلروفیل ضروری است و قسمت مهمی از سیتوکرومها است که بعنوان حامل الکترون در فرآیند فتوسنتز و تنفس عمل می کنند. قسمت ضروری از واکنش فردوکسین  و احتمالا آنزیم کاهنده نیترات می باشد.

• کلر:

برای انجام فتوسنتز مورد نیاز است زیرا در هنگام تولید اکسیژن از آب بعنوان آنزیم فعال کننده عمل می کند.

• منگنز:

سبب فعال شدن یک یا چند آنزیم در فرآیند تشکیل اسیدهای چرب، آنزیم های مسیول در تشکیل DNA و RNA و آنزیم ایزوسیترات دهیدروژناز در چرخه کربس می شود. بطور مستقیم در فرآیند فتوسنتز و گرفتن اکسیژن از آب و احتمالا در تشکیل کلروفیل دخالت دارد.

• بر:

نقش آن در گیاه چندان مشخص نیست. احتمالا در حرکت کربوهیدرات ها در آوند های آبکش نقش دارد.

• روی:

برای تشکیل هورمون ایندول استیک اسید مورد نیاز است. سبب فعال شدن آنزیم های الکل دهیدروژناز، اسید لاکتیک دهیدروژناز، اسید گلوتامیک دهیدروژناز و کربوکسی پپتیداز می شود.

• مس:

به عنوان حامل الکترون و قسمتی از برخی آنزیم ها عمل می کند. قسمتی از پلاستوسیانین بوده که در فرآیند فتوسنتز نقش داشته و همچنین در آنزیم پلی فنیل اکسیداز و نیترات ردوکتاز وجود دارد. احتمالا در تثبیت ازت نقش دارد.

• مولیبدن:

به عنوان حامل الکترون در تبدیل نیترات به آمونیوم نقش دارد. در تثبیت ازت ضروری است.

• کربن:

تشکیل دهنده تمامی اجزائ آلی موجود در گیاه می باشد.

• هیدروژن:

به همراه کربن در تمام اجزاء آلی تشکیل دهنده گیاه وجود دارد. در برخی تبادلات بین گیاه و خاک نقش مهمی دارد.

• اکسیژن:

سازنده بسیاری از ترکیبات آلی در گیاهان می باشد. فقط معدودی از ترکیبات آلی مانند کاروتن فاقد اکسیژن است. همچنین در تبادل یونی بین ریشه و بستر کشت نقش دارد.

 جذب آب و مواد معدنی توسط گیاه

گیاهان معمولا آب و مواد معدنی مورد نیازشان را از خاک دریافت می کنند. در محیط های کشت غیرخاکی ، گیاهان بایستی آب و مواد معدنی را فراهم کنند. بنابراین برای درک روابط گیاهان در سیستم کشت هیدروپونیک باید ابتدا رابطه گیاه با خاک را در شرایط رشد عادی بررسی کنیم.

خاک

خاک چهار نیاز گیاه را فراهم می کند:

1– تامین آب 2- تامین مواد غذایی موردنیاز 3- تامین اکسیژن و 4- استحکام سیستم ریشه ای گیاه

خاکهای معدنی شامل 4 ترکیب عمده می باشند: املاح معدنی، ماده آلی، آب و هوا. برای مثال، مقداری از ترکیب نمونه خاک سیلتی لومی در شرایط مناسب برای رشد گیاه شامل: 25 درصد آب، 25 درصد هوا، 45 درصد ماده معدنی و 5 درصد ماده آلی است. ماده معدنی (غیرآلی) از سنگ های کوچک جدا می شود و از انواع مختلفی است. ماده آلی شامل مقداری از گیاه پوسیده و باقی مانده حیوانات است.

ماده آلی خاک شامل دو گروه اصلی است

1- بافت اصلی و قسمت های پوسیده

2- هوموس

بافت اصلی شامل گیاه و جانور نپوسیده که هر دو هدفی برای حمله توسط ارگانیسم های خاک است که به عنوان منبع انرژی و ماده ساخت بافت استفاده می شود. هوموس محصولی مقاوم به پوسیدگی است که هم توسط میکروارگانیسم ها سنتز شده و هم از تغییر بافت اولیه ایجاد شده است.

آب موجود در خاک در سوراخهای آن قرار دارند. این آب با حل کردن مواد خاک در خود ، محلول خاک را ایجاد می کند که این محلول برای رشد گیاه اهمیت بالایی دارد. هوای خاک در سوراخهای خاک قرار گرفته و دارای دی اکسیدکربن بیشتر و اکسیژن کمتر از اتمسفر می باشد. هوای خاک در رساندن اکسیژن و دی اکسیدکربن به تمام اجزای خاک و ریشه گیاهان مهم است.

توانایی خاک در ایجاد شرایط تغذیه مناسب برای گیاه به چهار فاکتور بستگی دارد

1- مقدار عناصر ضروری موجود در خاک

2- نحوه ترکیب آنها

3- عملیاتی که در طی آن عناصر برای گیاه قابل استفاده می شوند

4- محلول خاک و اسیدیته (PH) آن. مقدار عناصر مختلف موجود در خاک به نوع خاک و اجزاء آلی آن بستگی دارد.

چون خاک منبع بسیاری از عناصر غذایی است. مواد غذایی خاک هم بصورت ترکیب های غیرقابل حل و هم بصورت حالت های ساده قابل حل در آب خاک وجود دارند. فرم های ترکیبی بایستی شکسته شوند تا از حالت غیرقابل حل به شکل های در دسترس و مفید برای گیاه درآیند. این شکل های در دسترس به صورت خلاصه در جدول 1-2 آمده است.

PH و واکنش خاک

واکنش محلول خاک (اسیدیته یا همان PH) تعیین کننده میزان دسترسی عناصر مختلف برای گیاه می باشد. مقدار PH نشاندهنده اسیدی و یا قلیایی بودن خاک می باشد. خاکی اسیدی است که PH آن کمتر از 7 باشد و خنثی است در صورتی که PH آن مساوی 7 و قلیایی است اگر PH آن بالاتر از 7 باشد. چون PH بصورت لگاریتمی می باشد یک واحد تغییر در مقدار PH ؛ سبب تغییر ده برابری غلظت یون هیدروژن می شود و برعکس. اکثر گیاهان مقادیر PH در حدود 6 تا 7 را برای جذب مطلوب مواد غذایی ترجیح می دهند . تاثیر PH روی در دسترسی مواد غذایی ضروری در شکل 1-2 نشان داده شده است.

دسترسی آهن، منگنز و روی هنگامی که مقدار PH زیاد می شود و از 5/6 به 5/7 و 8 می رسد (یعنی محیط قلیایی می شود) کاهش می یابد در حالیکه مولیبدن و فسفر در مقادیر PH بالا، بیشتر در دسترس می باشند. یون بیکربنات(HCO₃^–) ممکن است در PH خیلی بالا به مقدار زیاد عرضه شود و سبب تداخل یا جذب معمول سایر یون ها شود.

هنگامی که نمک های غیرآلی در محلول رقیق قرار می گیرند به اجزای کوچکتر دارای بار الکتریکی که یون نامیده می شود تبدیل می شوند. این یونها از سطح کلوئید خاک و نمک های محلول خاک برای گیاهان قابل دسترس هستند. یون های دارای بار مثبت (کاتیون ها) مانند یون پتاسیم و یون کلسیم بوسیله کلوئیدهای خاک جذب می شوند در حالی که یون های منفی (آنیون ها) مانند کلراید و سولفات (SO₄^2-) در محلول خاک یافت می شوند.

روابط خاک و گیاه در کشت هیدروپونیک

ریشه های کوچک و تارهای موئین گیاه با سطح کلوئید خاک در تماس می باشند .  یون ها بین کلوئید خاک و محلول خاک مبادله می شوند. حرکت یون ها بین سطوح ریشه گیاه و کلوئید خاک و بین سطوح ریشه و محلول خاک به صورت دوطرفه انجام می شود.

تبادل کاتیونی چیست؟

محلول خاک اهمیت بسزایی در جذب مواد غذایی توسط ریشه گیاهان دارد. بدلیل رقیق بودن زیاد محلول خاک و مصرف شدن و اتمام مواد غذایی توسط گیاهان، مواد غذایی باید توسط ذرات خاک تهیه و جایگزین شوند. مواد معدنی توسط فاز جامد خاک به محلول خاک تزریق می شود که قسمتی توسط مواد معدنی و مواد آلی ، قسمتی توسط نمک های قابل حل و قسمتی توسط تبادل کاتیونی انجام می شود.

کاتیون هایی مانند یون های کلسیم (Ca²⁺)، منیزیم(Mg²⁺)، پتاسیم(K⁺)، سدیم(Na⁺)، آلومینیوم(Al³⁺) و هیدروژن(H⁺) توسط ذرات با بار منفی و مواد آلی خاک نگه داشته می شوند. آنیونهایی مانند نیترات (NO₃^–)، فسفات(PO₄^3-)، سولفات (SO₄^2-)، کلراید(Cl^–) و سایر آنیون ها فقط در محلول خاک وجود دارند. کاتیون ها در محلول خاک نیز وجود دارند و توانائی تبادل با کاتیون های جذب شده روی کلوئید خاک سبب جذب کاتیون ها می شوند.