11
اكتبر

بهترین شکل نیتروژن برای رشد گیاهان در کشت خاکی و کشت هیدروپونیک

مقدمه
هیدروپونیک یا آب کشت، یکی از روش های خلاقانه تولید محصولات کشاورزی بدون خاک و سم با کمترین نیاز به آب (استفاده از محلول غذایی) است. کشت هیدروپونیک در مقایسه با کشت خاکی، نیاز غذایی بیشتر و حساسیت بالاتری نسبت  به تنش عناصر غذایی دارد و تعادل بین عناصر غذایی در کشت بدون خاک، بسیار اهمیت دارد. در کشت هيدروپونيک، شکل نيتروژن و pH محلول غذايي از نظر تاثير بر تركيب شيميايي گياه اهميت زيادي دارند. رهروان رویش سبز
یکی از  اشتباهات رایج در کشت هیدروپونیک این است که تصور می شود فرم های شیمیایی نیتروژن که در هیدروپونیک قابل استفاده هستند همان مواردی است که در کشت معمولی خاکی می توان استفاده کرد. اشتباه نکنید، در هر دو حالت، گیاه از فرم شیمیایی دقیقاً مشابهی از نیتروژن به عنوان عناصر غذایی استفاده می کند، ولی آنچه متفاوت است محیطی است که گیاه در آن قرار گرفته است.
سیستم های هیدوپونیک سیستم های کنترل شده ای هستند که ضمن صرفه جویی در مصرف آب و کود می توانند با مدیریت مناسب از طریق بهینه سازی محلول های غذایی در تغذیه مناسب گیاهان و کاهش اختلالات فیزیولوژیکی ناشی از کمبود عناصر ضروری نقش داشته باشند. در این میان کودهای نیتروژنه پرمصرف ترین کودهای مورد نیاز گیاه می باشند که مصرف درست آنها با توجه به نیاز گیاه می تواند ضمن جلوگیری از سمیت باعث عملکرد مناسب شود.
بگذارید ابتدا در مورد فرمهای موجود نیتروژن صحبت کنیم. گیاهان نیتروژن را به صورت یونهای نیترات و آمونیوم جذب می کنند. هر دوی این یون ها نیتروژن را به گیاه می رسانند اما از نظر تاثیر متابولیکی تفاوت چشمگیری دارند. فرم نیترات به آرامی توسط گیاه جذب می شود و مواد مورد نیاز برای سنتز اسیدهای آمینه و سایر ساختارها را تأمین می کند در حالی که آمونیاک به سرعت جذب می شود و اگر در غلظت زیاد وجود داشته باشد باعث سمیت فوری گیاه می شود.
این تفاوت اصلی بین کشت خاکی و کشت بدون خاک (هیدروپونیک) است. در هیدروپونیک ، بیشتر نیتروژن باید به صورت نیتراتی تأمین شود زیرا محیط هیدروپونیک به یونهای آمونیوم اجازه می دهد خیلی سریع باعث سمیت شوند. به عنوان مثال ، گیاهان هیدروپونیک می توانند غلظت نیتروژن (به فرم نیترات) را تا حدود 250ppm تحمل کنند در حالی که غلظت نیتروژن به فزم آمونیوم را تنها تا حدود  30ppm  تحمل می کنند. به همین دلیل است که در کشت هیدروپونیک نمی توان از اوره برای تأمین تمام نیتروژن مورد نیاز گیاهان استفاده کرد.
بنابراین اگر گیاهان موجود در خاک و محیط های کشت هیدروپونیک مواد غذایی یکسانی را جذب می کنند، چرا گیاهان موجود در خاک می توانند از نیتروژن آمونیمی تغذیه شوند اما گیاهان هیدروپونیک نمی توانند؟ پاسخ ساده است. باکتری های موجود در خاک قادر به تبدیل کارآمد یون های آمونیوم به یون های نیترات هستند و به طور موثری میزان آمونیوم گیاه را کاهش می دهند. در حقیقت، گیاهان موجود در خاک نیترات را نیز جذب می کنند ، تنها تفاوت در این است که باکتری هایی وجود دارند که می توانند آمونیوم را به نیترات تبدیل کنند ، به همین دلیل نیتروژن می تواند به عنوان آمونیم به گیاهان موجود در خاک عرضه شود. رهروان رویش سبز
بنابراین زمانی که به دنبال ماده غذایی نیتروژن برای گیاهان هیدروپونیک خود هستید ، به یاد داشته باشید که به دنبال کودهایی باشید که بیش از 90٪ از کل منبع نیتروژن آن به فرم نیترات باشد. مهمترین کودها برای تأمین نیتروژن به عنوان نیترات در کشت هیدروپونیک، نیترات پتاسیم و نیترات کلسیم است. این نکته مهم را به خاطر بسپارید، زیرا استفاده از نمک های آمونیوم برای تأمین نیتروژن گیاه در نهایت باعث از بین رفتن آنها در محیط کشت هیدروپونیک خواهد شد.
 تاثیر نسبت آمونیوم و نیترات بر روی رشد و نمو گیاهان
این یک واقعیت است که گیاهان برای رشد به مواد مغذی کافی احتیاج دارند و این مواد مغذی باید به نسبت مناسب استفاده شوند. مقدار زیاد یا ناکافی یک یا چند ماده مغذی ممکن است در رشد گیاه اختلال ایجاد کند. ارتباط با ما 
گاهی اوقات کاهش رشد گیاه به دلیل کمبود عنصر مورد نظر ایجاد نمی شود بلکه به دلیل عوامل محیطی اتفاق می افتد که ممکن است حتی نقش مهمتری داشته باشند. در این مقاله، قصد داریم به طور خاص تاثیر نسبت آمونیوم / نیترات و اثر آن در رشد و نمو گیاهان و عوامل محیطی مانند دما، pH  ناحیه ریشه و باکتری های خاک که ممکن است باعث تغیییر فرم آمونیوم و نیترات شوند را بررسی کنیم.
نیتروژن عنصر سازنده اسیدهای آمینه، پروتئین ها، آنزیم ها و کلروفیل است. گیاهان می توانند نیتروژن را به صورت نیترات (NO3-) یا آمونیوم (NH4 +) جذب کنند و بنابراین کل نیتروژن جذب شده معمولاً ترکیبی از این دو فرم می باشد. پس نسبت این دو فرم نیتروژنی در گیاهان بسیار مهم است و گیاه را تحت تأثیر قرار می دهد. رهروان رویش سبز
هر گونه ای از گیاه  برای داشتن جذب بهتر نیتروژن و رشد مطلوب، به نسبت متفاوتی از آمونیوم و نیترات نیاز دارد. همچنین این نسبت صحیح نیز با توجه به درجه حرارت، مرحله رشد ، pH ناحیه ریشه و خصوصیات خاک متفاوت است.
متابولیسم نیتروژن در گیاهان
برای درک بهتر اثر نیترات و آمونیوم جذب شده توسط گیاه، باید روشهای متابولیسم این دو فرم نیتروژن را در گیاه بدانیم. در خاک به کمک باکتریهای مفید، آمونیوم ابتدا به نیتریت و سپس به نیترات که یکی از فرم های قابل استفاده برای گیاه است تبدیل می شود. نیترات جذب شده توسط ریشه و شاخه های گیاه مجددا به ازت تبدیل می شود. ارتباط با ما
نیترات هم در ریشه و هم در برگها می تواند متابولیزه شود. اینکه نیترات در کدام قسمت از گیاه متابولیزه می شود، به عوامل مختلفی از جمله نوع گیاه و مقدار نیترات جذب شده توسط ریشه بستگی دارد. وقتی مقدار نیترات جذب شده کم باشد، به سرعت در ریشه متابولیزه می شود. اگرنیترات به مقدار بیشتری جذب شده باشد، به برگ منتقل شده و در آنجا متابولیزه می شود. در برگ‎ها نیترات به آمونیوم تبدیل می‎شود. این فرایندی است که به انرژی خورشیدی نیاز دارد. سپس آمونیوم با قندها واکنش می‎دهد.
در مقایسه با متابولیسم نیترات، در متابولیسم آمونیوم اکسیژن بیشتری مصرف می‌شود آمونیوم در ریشه‏‌ها، یعنی محل واکنش با قندها، متابولیزم می‌شود. این قندها باید از محل تولید آنها در برگ به سمت پایین گیاه یعنی ریشه‎ها حرکت کنند. رهروان رویش سبز
اثر دما بر جذب نیتروژن در گیاهان
دمای بالاتر معمولاً باعث افزایش متابولیسم گیاهان می شود. این فرآیند به تنفس نیز معروف است. قندها با سرعت بیشتری مصرف می شوند و این امر باعث می شود که قند کمتری در ریشه ها برای متابولیسم آمونیوم در دسترس باشد. همچنین در دماهای بالا، میزان حلالیت اکسیژن در آب کاهش می یابد و همین امر باعث می شود تا اکسیژن کمتری در دسترس گیاه باشد. بنابراین در دماهای بالاتر، استفاده از کودهای حاوی نیترات انتخاب مناسب تری است.
در دماهای پایین تر، استفاده از کودهایی که نسبت آمونیوم بیشتری دارند انتخاب مناسب تری است، زیرا مقدار قند و اکسیژن در سطح ریشه بیشتر هستند. بعلاوه ، از آنجا که انتقال نیترات به برگها در دماهای پایین محدود می شود ، کوددهی حاوی نیتروژن به فرم نیترات باعث می شود رشد گیاه با تاخیر صورت پذیرد. در زمینه تاثیر دما نوع گیاه نیز بسیار حایز اهمیت است. ارتباط با ما 
گونه‌‏های گیاهی و مراحل رشد
همانطور که قبلاً گفیم قندها برای پیوستن به آمونیوم باید از برگ‎ها به سمت ریشه‎های گیاه حرکت کنند. زمانی که میوه ها در حال رشد هستند و یا در گیاهانی مانند گوجه فرنگی و خیار و گیاهانی که غالب رشد آنها در برگ‎ها است (به‎عنوان مثال کلم، کاهو و اسفناج)،  قندها در نزدیکی محل تولید آن سریعا‎ مصرف شده و میزان کمتری از قند به ریشه‎ها منتقل می‎شود. بنابراین آمونیوم به‎ صورت بهینه متابولیز نمی‎شود. پس بنابراین بهتر است در این شرایط از کودهایی استفاده شود که نسبت آمونیوم به نیترات آن کمتر باشد.
تأثیر نسبت آمونیوم به نیترات بر pH در منطقه ریشه
تعادل الکتریکی در سلولهای ریشه باید حفظ شود ، بنابراین برای هر یون با بار مثبت که گرفته می شود، یک یون با بار مثبت در خاک آزاد می شود و همین امر برای یون های با بار منفی نیز صدق می کند. این بدان معناست که وقتی گیاه آمونیوم جذب می کند ، یک پروتون در خاک آزاد می کند. افزایش غلظت پروتون در اطراف ریشه باعث کاهش pH اطراف ریشه و اسیدی تر شدن خاک می شود. به همین ترتیب ، وقتی گیاه نیترات جذب می کند ، بی کربنات آزاد می کند که باعث افزایش pH در اطراف ریشه و قلیایی تر شدن خاک می شود.
بنابراین بهتر است برای خاکهای قلیایی از کودهای نیتراتی کمتر استفاده شود تا خاک اطراف ریشه بیش از این قلیایی نشود. همچنین برای خاکهای بسیار اسیدی نیز بهتر است از استفاده از کودهای آمونیومی اجتناب شود تا خاک اطراف ریشه بیش از حد اسیدی نشود. رهروان رویش سبز
تاثیر جذب آمونیوم و نیترات در  PH به ویژه در محیط های کشت بدون خاک مانند کشت هیدروپونیک بسیار مهم است، چرا که حجم ریشه ها در مقایسه با حجم بستر کشت نسبتاً زیاد است و ریشه ها خیلی سریعتر می توانند PH بستر را تغییر دهند. برای جلوگیری از تغییر سریع PH بستر، با توجه به دما و مرحله رشدی گیاهان، انتخاب نسبت مناسبی از آمونیوم و نیترات ضروری است.
فرایندهای تبدیل نیتروژن در خاک
همانطور که قبلاً توضیح داده شد، جذب آمونیوم معمولاً باعث می شود pH خاک در اطراف ریشه کمتر شود(اسیدی تر)، در حالی که جذب نیترات باعث افزایش pH خاک می شود(قلیایی تر). گیاهان اغلب نیتروژن مورد نیاز خود را به جای فرم آمونیوم به صورت نیترات جذب می کنند و در نتیجه PH در منطقه ریشه افزایش می یابد با این حال، تحت شرایط خاص به دلیل فعالیت میکروبی در اطراف ریشه ها، PH ممکن است مطابق انتظار نباشد. ارتباط با ما 
در شکل زیر تصویری از چرخه ازت را مشاهده کردید. مهمترین مرحله این چرخه نیتریفیکاسیون است که اکسیداسیون میکربی آمونیوم توسط باکتریهای هوازی انجام شده و آمونیوم به نیترات تبدیل می شود. بنابراین وقی به خاک آمونیوم افزوده‌ می شود می‎تواند به‏ سرعت تبدیل شده و به‎عنوان نیترات جذب شود. درنتیجه pH ناحیه‌ی ریشه به‎جای کاهش یافتن افزایش می‎یابد.
چرخه ازت
روند نیتریفیکاسیون به راحتی ممکن است مختل شود، و چنین اختلالاتی معمولاً منجر به تجمع آمونیوم در خاک می شود. یکی از دلایل آن PH پایین خاک است که با کاهش اکسیداسیون میکروبی آمونیوم، تبدیل آمونیوم به نیترات محدود می شود. رهروان رویش سبز
ثانیا، همانطور که قبلاً ذکر شد، تبدیل آمونیوم به نیترات در خاک به اکسیژن نیاز دارد. در خاک های بسیار مرطوب ، اکسیژن کمتری در خاک است و در غیاب اکسیژن، فعالیت میکروبی معمولاً کم است ، به این معنی که آمونیوم کمتری به نیترات تبدیل شده و تجمع آمونیوم رخ می دهد.
میکرو ارگانیسم های خاک به عنوان منبع کربن به مواد آلی (مواد گیاهی مرده ، هوموس) نیاز دارند. در خاکهای ضعیف با مواد آلی کم مانند خاکهای شنی ، رشد میکروبی و در نتیجه نیتروژن سازی محدود می شود. دمای پایین خاک منجر به کمتر شدن فعالیت میکروارگانیسم های خاک و در نتیجه  باعث کم شدن نیتروژن سازی شود. ارتباط با ما 
تاثیر نسبت نیترات به آمونیوم در کشت هیدروپونیک
در کشت هیدروپونیک، مقادیر استاندارد آمونیوم که به محلولهای غذایی برای کشت بدون خاک اضافه می شود باید بین 5 تا 10٪ از کل مقدار نیتروژن را تشکیل دهد و به ندرت از 15٪ فراتر می روند. برای گلهای رز این مقدار در مرحله رویشی حدود 25٪ است و برای خربزه در طول رشد میوه 0٪ است.
همانطور که قبلاً توضیح داده شد ، افزودن آمونیوم به عنوان جایگزینی برای نیترات در سیستمهای هیدروپونیک می تواند باعث کاهش جذب سایر کاتیونها مانند کلسیم، پتاسیم و منیزیم می شود. آمونیوم نوعی کاتیون (یون دارای بار مثبت) است. بنابراین، آمونیوم برای جذب ازطریق ریشه باید با سایر کاتیون‎ها (پتاسیم، کلسیم، منیزیم) رقابت می‎کند. یک کوددهی نامتعادل با محتوای آمونیوم بسیار بالا می‎تواند منجر به کمبود کلسیم و منیزیم شود. میزان این اثر به عوامل مختلفی از جمله نوع محصول، شرایط رشد و تنظیمات موجود در تعادل یونی مواد مغذی بستگی دارد. بنابراین برای محصولاتی که به کمبود کلسیم حساس هستند توصیه می شود در استفاده از کودهای آمونیومی دقت زیادی شود. این امر به ویژه زمانی  که این محصولات در شرایط آب و هوایی رشد می کنند که انتقال کلسیم به میوه ها کم هست بیشتر حائز اهمیت است. تولید گوجه فرنگی و فلفل دلمه ای در شرایط هوایی گرم و خشک مثال خوبی از این مسئله است. درهر دو محصول امکان پوسیدگی شکوفه ناشی از کمبود کلسیم وجود دارد که توسط آب و هوای گرم و خشک تحریک می شود. در چنین شرایطی هرعاملی که کاهش جذب کلسیم را تشدید نماید خطرناک بوده و این شامل استفاده از آمونیوم نیز می شود. رهروان رویش سبز