آشنایی با مفهوم pH برای استفاده در کشاورزی و کوددهی

اسیدته یا pH خاک و آبی که به گیاه می‌دهید از ویژگی‌های مهم برنامه‌ی تغذیه‌ی خوب است. pH تأثیر مستقیمی بر گیاه ندارد اما بر میزانی که مواد مغذی در دسترس گیاه هستند مستقیماً تأثیر می‌گذارد. متقابلاً گیاه هم بر pH خاک در ناحیه‌ی نزدیک به ریشه‌اش اثر می‌گذارد که در ادامه‌ی مقاله به این موضوع خواهیم پرداخت.

برای درک بهتر تأثیر pH بر میزان محصول، باید اول pH را تعریف کنیم. مقیاس pH، معیار استاندارد میزان اسیدی بودن، توسط سوران سورانسن در سال ۱۹۰۹ ایجاد شد. pH در اصل به معنی «قدرت هیدروژن - The power of Hydrogen» است، چرا که این مقیاس معیاری ساده و جهانی برای میزان یون‌های هیدروژن موجود در یک محلول را ارائه می‌دهد. این یون‌ها بر میزان اسیدی بودن محلول، و نحوه‌ی واکنش شیمیایی آن اثر می‌گذارند. pH لگاریتم منفی غلظت یون هیدروژن تعریف می‌شود و نتیجه‌ی حضور آنیون‌ها (مواد مغذی با بار منفی) و کاتیون‌ها (مواد مغذی با بار مثبت) است. مقیاس pH از صفر (اسید) تا ۱۴ (باز) را در برمی‌گیرد و ۷ نقطه‌ی خنثی آن است.

ممکن است گیاه بر ارگانیسم‌های موجود در خاک در ریزوسفر اثر بگذارد

ریزوسفر ناحیه‌ی محدودی از خاک است که مستقیماً تحت تأثیر ترشحات ریشه و میکروارگانیسم‌های خاکی آن ناحیه قرار دارد. گیاهان با تغییر شکل ساختار ریشه، کمک گرفتن از میکروارگانیسم‌ها و تغییر محیط شیمیایی ریزوسفر به کمبود مواد مغذی واکنش نشان می‌دهند. ترکیبات درون ترشحات ریشه به گیاه کمک می‌کند از طریق اسیدی کردن یا تغییر شرایط اکسایش-کاهش در ریزوسفر یا کلاته‌کردن مستقیم با مواد مغذی، به مواد مغذی دسترسی پیدا کند. ترشحات مواد مغذی را از طریق انحلال فازهای موادمعدنی نامحلول یا واجذب مواد معدنی رسی یا مواد آلی آزاد می‌کنند که به موجب آن این مواد به شکل محلول درون خاک آزاد می‌شوند و سپس برای گیاه قابل جذب هستند. پرورش‌دهنده هنگام آماده‌کردن محلول مواد مغذی اطمینان حاصل می‌کند که pH آب در محدوده‌ی خاصی قرار دارد. این محدوده ترجیحاً همان محدوده‌ی ۲٫۶-۲٫۵ است که در آن اکثر مواد مغذی در دسترس گیاه است. در صورت لزوم می‌توان pH محلول کود را به آسانی با افزودن اسید برای کاهش pH، یا باز برای افزایش آن تنظیم کرد. اما در ریزوسفر، محیطی که مستقیم با ریشه‌های زنده در ارتباط است، اتفاقات متفاوتی می‌افتد. ریشه‌ها مواد زیادی را دفع می کنند که باعث تغییر pH در بستر می‌شوند. ممکن است pH ریزوسفر با pH اندازه‌گیری شده در محلول مواد مغذی بسیار متفاوت باشد. علت اصلی این اتفاق این است که گیاه باید «خنثی» بماند. مواد مغذی وقتی در آب حل می‌شوند به شکل یون درمی‌آیند. این یون‌ها همیشه بار منفی یا مثبت دارند. یون‌های با بار مثبت، مثل ⁺K، کاتیون نامیده می‌شوند. یون‌های با بار منفی، مثل ^-NO₃، آنیون نامیده می‌شوند. برخی مواد مغذی می‌توانند به اشکال مختلف وجود داشته باشند. مثلا فسفات‌ها، می‌توانند به شکل‌های ^-PO₄^3-، HPO₄²، و ^-H₂PO₄ موجود باشند. اگرچه، ریشه فقط قادر به جذب شکل ^-H₂PO₄ است. سطح ریشه بار منفی دارد. در این حالت، یون‌های دارای بار منفی‌ای مانند ^–H₂PO₄ مانند قطب‌های همنام دو آهنربا، توسط سطح ریشه دفع می‌شوند. گیاهان راه‌های مختلفی را برای تسهیل جذب آنیون ایجاد کرده‌اند. به ازای هر آنیونی که گیاه جذب می‌کند، آنیونی مانند یک هیدروکسید (^-OH)، یا یون بی‌کربنات (^-HCO₃) دفع می‌کند. به همین شکل، به ازای هر کاتیونی که جذب می‌کند، یک کاتیون به صورت یک ⁺H دفع می‌کند. به این ترتیب، بار گیاه متعادل باقی می‌ماند. اگرچه، یک اثر جانبی این اتفاق این است که یون‌های دفع‌شده بر pH ریزوسفر در بستر تأثیر می‌گذارند. با دفع یک کاتیون، pH نزدیک ریشه کاهش می‌یابد (اسیدی‌تر می‌شود). دفع آنیون‌ها pH نزدیک ریشه‌ها را افزایش می‌دهد (قلیایی‌تر می‌شود).

پرواضح است که کودهای نیتروژن بر pH نزدیک ریشه تأثیر می‌گذارند. درک این موضوع ضروری است چرا که گیاه آنقدر نیتروژن جذب می‌کند که ممکن است تأثیرش چشمگیر باشد. اما این اثر با هر ماده‌ی مغذی یا کودی اتفاق می‌افتد. شما به عنوان یک پرورش‌دهنده می‌توانید نیتروژن را به اشکال مختلفی به خاک اضافه کنید. آمونیوم (⁺NH₄) اثر اسیدی بر خاک دارد. نیترات (^-NO₃) اثر بازی دارد. ممکن است کسی تصور کند که راه‌حل این مشکل کوددهی با آمونیوم‌نیترات (NH₄NO₃) است. اما به این سادگی‌ها نیست. گیاه آمونیوم را با سرعت بسیار بیشتری نسبت به نیترات جذب می‌کند و نتیجه‌ی نهایی اسیدی شدن خاک خواهد بود. همه‌ی این واکنش‌ها را باید در نظر گرفت زیرا هر ماده‌ی مغذی، از لحاظ میزان در دسترس بودن برای گیاه، محدوده‌ی pH خاک بهینه‌ی مخصوص به خود را دارد. برای برخی از عناصر، این محدوده‌ی pH محدود است و صرفاً اندازه‌گیری pH محلول مواد مغذی مشخص نمی‌کند که در ریزوسفر واقعاً چه اتفاقی می‌افتد.

ترشحات

قبل‌تر توضیح دادیم که ریشه‌ها برای اثر گذاشتن بر ارگانیسم‌های موجود درخاک مواد زیادی را مستقیماً در اطراف سطح ریشه دفع می‌کنند. این مواد را با نام «ترشحات» می‌شناسیم. اصلی‌ترین ترشحات قندها و اسیدهای آلی هستند. اسیدهای مانند اسید سیتریک، اسید اگزالیک، و اسید مالیک در مقادیر زیاد در رطوبت سلولی ریشه‌ها موجودند. این ترکیبات همچنین ممکن است بر pH خاک اثر بگذارند اما میزان قدرت این تأثیر در هر گیاه متفاوت است. اگر اسید از ریشه دفع شود، به شکل آنیون حل می‌شود و مانند دیگر آنیون‌ها، خاک نزدیک ریشه را قلیایی‌تر می‌کند. تأثیر این ترشحات معمولاً در مقایسه با اثر شدید دفع یون ⁺H ناچیز است. بااین‌حال، موضوع قابل توجه این است که همه‌ی قسمت‌های سیستم ریشه به یک شکل عمل نمی‌کنند. از نوک ریشه یون‌های ⁺H بیشتری دفع می‌شود، در حالی که کمی پایین‌تر ریشه، آنیون‌های بیشتری دفع می‌شود. این موضوع احتمالاً با تفاوت در جذب کودها مرتبط است.

سطح pH بر میزان در دسترس بودن مواد مغذی و رشد گیاه تأثیر می‌گذارد

سطح pH بر میزان در دسترس بودن مواد مغذی، و بنابراین به شکل غیرمستقیم بر رشد گیاه اثر می‌گذارد. همچنین ممکن است pH بر جذب مواد مغذی توسط ریشه‌های گیاه هم اثر بگذارد. همه‌ی مواد مغذی به یک میزان از pH اثر نمی‌پذیرند، اما اکثر مواد مغذی در محدوده‌ی pH ۲٫۵-۲٫۶ در دسترس گیاه هستند (شکل زیر را ببینید). ماده‌ی مغذی قبل از این‌که توسط گیاه جذب شود، باید در محلول خاک حل شود. اکثر مواد معنی و مواد مغذی در خاک‌هایی که کمی اسیدی هستند بیشتر از خاک‌های خنثی یا کمی قلیایی قابلیت حل‌پذیری دارند و در نتیجه بیشتر در دسترس گیاه هستند. ممکن است برخی عناصر در خاک‌های خنثی تا کمی قلیایی «غیرفعال» شوند و دیگر در دسترس گیاه نباشند. این عناصر شامل آهن، منگنز، مس، روی و بور هستند. از سوی دیگر، در خاک‌های بسیار اسیدی حل‌پذیری فسفر، کلسیم و منیزیم کاهش می‌یابد. فسفر هیچ‌وقت راحت در خاک حل نمی‌شود اما در خاک‌هایی با محدوده‌ی pH حدود ۶٫۵ به بیشترین میزان در دسترس است. این میزان در بسترهای مختلف متفاوت است. خاک‌های اسیدی (pH بین ۴ تا ۵) ممکن است غلظت بالایی از آهن، منگنز، و آلومینیوم حل‌پذیر داشته باشند که ممکن است برای رشد برخی گیاهان سمی باشد. مواد مغذی لازم برای رشد مساعد گیاه به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند: درشت‌مغذی‌ها (عناصری که به میزان بیشتری مورد نیازند)، که آن‌ها هم به دو زیردسته‌ی مواد مغذی اولیه و ثانویه تقسیم شده‌اند، و ریزمغذی‌ها یا عناصر کم‌مصرف (عناصری که به میزان بسیار کم مورد نیازند). بیشتر کمبودهای مواد مغذی ثانویه و ریزمغذی‌ها را می‌توان به آسانی با نگه‌داشتن pH محیط در محدوده‌ی pH بهینه بهبود داد. سطح pH پایین (۵-۳) همراه با دمای بالا (بیشتر از ۲۶ درجه‌ی سانتیگراد) هم ممکن است بر رشد برخی بیماری‌های قارچی اثر بگذارد. ممکن است در خاک‌های بسیار اسیدی فعالیت باکتری‌هایی که مواد آلی خاک را تجزیه می‌کنند مشکل شود. این اتفاق باعث جلوگیری از تجزیه‌ی مواد آلی می‌شود، که در نهایت به تجمع مواد آلی و آزادنشدن مواد مغذی، به‌ویژه نیتروژن که درون مواد آلی حبس شده‌است، منجر می‌شود. در نتیجه، ممکن است بر رشد گیاهان تأثیر منفی بگذارد. در بسترهای خاک آلی، قارچ‌های مفیدی به نام میکوریزا وجود دارند. محیط‌های کمی اسیدی برای رشد بهینه‌ی این میکروارگانیسم‌ها بهتر است. میزان قلیایی بودن آب هم یک عامل مرتبط است. اگر میزان قلیایی بودن آب بیشتر از ۲۵۰-۲۰۰ ppm CaCO₃ باشد، باید به آن اسید افزود تا اثر pH بر محیط رشد به حداقل برسد.

چرا و چگونه در اکثر مواقع pH در سیستم‌های کشت هیدروپونیک (آب‌کشت) تغییر می‌کند

جذب آنیون‌ها (مواد مغذی با بار منفی) و کاتیون‌ها (مواد مغذی با بار مثبت) توسط گیاهان ممکن است باعث تغییرات قابل‌توجهی در pH سیستم کشت شود. اگر بیشتر از آنیون، کاتیون جذب شود، pH کاهش می‌یابد. جذب مقدار بیشتر آنیون‌ نسبت به کاتیون، به افزایش pH منجر می‌شود. از آنجا که نیتروژن (عنصری که برای رشد مساعد گیاه به مقادیر زیاد لازم است) را می‌توان هم به شکل کاتیون (آمونیوم- ⁺NH4) و هم آنیون (نیترات- ^-NO3) در اختیار گیاه گذاشت. نسبت این دو شکل از نیتروژن در محلول‌های مواد مغذی می‌تواند تأثیری عمده بر روی میزان و جهت تغییر pH در طول زمان داشته باشد. تغییر pH ممکن است با سرعت شگفت‌انگیزی رخ دهد. بیشتر انواع سبزیجات در محلول‌های مواد مغذی با pH بین ۲٫۵ و ۲٫۶ و دمای بین ۲۰ و ۲۲ درجه‌ی سانتیگراد به بهترین شکل رشد می‌کنند.

وقتی نور کمی در دسترس باشد (در روزهای ابری یا گلخانه‌ها)، گیاهان پتاسیم و فسفر بیشتری را از محلول مغذی جذب می‌کنند که میزان اسیدی بودن را افزایش می‌دهد (pH کاهش می‌یابد). در نور کم میزان تعریق هم کمتر است، که به نوبه‌ی خود جذب کلسیم را کاهش می‌دهد. اگر این شرایط با pH پایین بستر ترکیب شود، ممکن است نشانه‌های کمبود کلسیم ظاهر شود. وقتی نور شدید و زیاد باشد (در روزهای آفتابی که هوا صاف است)، گیاهان نیتروژن بیشتری از محلول‌های مواد مغذی جذب می‌کنند. در نتیجه، میزان اسیدی بودن کاهش می‌یابد (pH افزایش می‌یابد).

اگر pH خیلی زیاد یا خیلی کم باشد چه اتفاقی می‌افتد و چطور نشانه‌هایش را تشخیص دهیم

اولین نشانه‌های کمبود مواد مغذی در برگ‌ها ظاهر می‌شود. مثلاً کمبود آهن (Fe) ممکن است بسیار سریع اتفاق بیفتد. در pH ۷ یا بیشتر، کمتر از ۵۰٪ آهن در دسترس گیاه خواهد بود. در pH ۸، در نتیجه‌ی رسوب هیدروکسید آهن (^-Fe(OH)₃ که در نهایت به زنگ تبدیل می‌شود) مقدار بسیار کمی از آهن در محلول باقی می‌ماند. می‌توان از شکل بالا به‌عنوان ابزاری برای شناسایی کمبود مواد مغذی در گیاهان استفاده کرد. کلروز زرد شدن یا سفید شدن بافت سبز گیاه به دلیل از دست دادن کلروفیل است. نکروز مرگ بافت گیاهی است و به شکل تغییر رنگ به قهوه‌ای تیره مثلاً روی قسمتی از برگ ظاهر می‌شود.

این که نشانه‌ها در چه قسمتی از گیاه ظاهر می‌شوند (برگ‌های پیر یا جوان) به تحرک عنصر در گیاه بستگی دارد. عناصری که تحرک بسیار کمی دارند، بور، کلسیم، مس، آهن، منگنز، مولیبدن، و روی هستند. کمبود این عناصر اول در برگ‌های جوان مشاهده می‌شود. این عناصر با جریان شیره به برگ‌های جوان منتقل می‌شوند و درون گیاه حرکت نمی‌کنند. عناصر پرتحرک‌تر نیتروژن، پتاسیم، و منیزیم هستند. نشانه‌های کمبود این عناصر در برگ‌های پیرتر گیاه دیده می‌شود چون این عناصر از برگ‌های پیرتر به برگ‌های جوانی که برای فرایند رشد به مواد مغذی بیشتری نیاز دارند، منتقل می‌شوند.