Introduction to pH

Εισαγωγή στο pH

Το pH του εδάφους και του νερού άρδευσης είναι βασικές πτυχές ενός καλού προγράμματος θρέψης. Το pH δεν έχει άμεση επίδραση στο ίδιο το φυτό, αλλά επηρεάζει άμεσα τη διαθεσιμότητα των θρεπτικών ουσιών. Το φυτό, με τη σειρά του, μπορεί κι αυτό να επηρεάσει το pH του εδάφους στην περιοχή κοντά στις ρίζες, όπως θα συζητήσουμε σε αυτό το άρθρο.

Από την CANNA Research

Για να κατανοήσετε καλύτερα την επίδραση του pH στις αποδόσεις των καλλιεργειών σας, πρέπει πρώτα να δούμε τι είναι το pH. Η κλίμακα pH, η καθιερωμένη μέτρηση της οξύτητας, αναπτύχθηκε από τον επικεφαλής του Χημικού Τμήματος του Εργαστηρίου Carlsberg το 1909. Βασικά εκφράζει τη συγκέντρωση του υδρογόνου, επειδή η κλίμακα παρέχει μια απλή και γενικά αποδεκτή μέτρηση της ποσότητας των ιόντων υδρογόνου που υπάρχουν σε ένα διάλυμα. Αυτά τα ιόντα επηρεάζουν την οξύτητα του διαλύματος και τον τρόπο που αυτό θα αντιδράσει χημικά. Το pH ορίζεται ως ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου. Είναι αποτέλεσμα της παρουσίας ανιόντων (αρνητικά φορτισμένων θρεπτικών ουσιών) και κατιόντων (θετικά φορτισμένων θρεπτικών ουσιών). Η κλίμακα pH κυμαίνεται από 0 (όξινο) έως 14 (αλκαλικό), με το pH 7 ως το ουδέτερο σημείο.

Εισαγωγή στο pH
Εικόνα 1: Αυτή εδώ είναι μια επιχρωματισμένη ηλεκτρονική μικρογραφία σάρωσης (SEM) μυκορριζών – του αποτελέσματος της συμβιωτικής σχέσης ενός μύκητα του εδάφους και των ριζών ενός αγγειόφυτου. Ο μύκητας μπορεί να έχει πρόσβαση σε μορφές θρεπτικών ουσιών που δεν είναι διαθέσιμες στο φυτό, να τις επεξεργαστεί και να τις μεταφέρει στις ρίζες. Για τη βέλτιστη αύξηση τα μυκόρριζα προτιμούν ένα ελαφρώς όξινο περιβάλλον.

Το φυτό μπορεί να επηρεάσει τη ζωή του εδάφους στη ριζόσφαιρά του

Η ριζόσφαιρα είναι η περιορισμένη σε έκταση περιοχή του εδάφους που επηρεάζεται άμεσα από τις εκκρίσεις των ριζών και τους σχετιζόμενους μικροοργανισμούς του εδάφους. Τα φυτά ανταποκρίνονται στην έλλειψη των θρεπτικών ουσιών μεταβάλλοντας τη μορφολογία των ριζών τους, επιστρατεύοντας τη βοήθεια μικροοργανισμών και μεταβάλλοντας το χημικό περιβάλλον της ριζόσφαιρας. Τα συστατικά στα ριζικά εκκρίματα (εξιδρώματα) βοηθούν τα φυτά να έχουν πρόσβαση στις θρεπτικές ουσίες με οξίνιση ή με αλλαγή των συνθηκών οξειδοαναγωγής εντός της ριζόσφαιρας ή δημιουργώντας απευθείας χηλική ένωση με το θρεπτικό στοιχείο. Τα εκκρίματα (εξιδρώματα) μπορούν να απελευθερώσουν θρεπτικές ουσίες μέσω της διάλυσης αδιάλυτων ορυκτών φάσεων ή της εκρόφησης από αργιλικά ορυκτά ή οργανική ύλη, με την οποία απελευθερώνονται στο έδαφος σε διάλυμα και μπορούν κατόπιν να απορροφηθούν από το φυτό. Κατά την προετοιμασία ενός θρεπτικού διαλύματος, ο καλλιεργητής φροντίζει ώστε το pH του νερού να είναι εντός συγκεκριμένου εύρους. Αυτό το εύρος θα είναι κατά προτίμηση εκείνο στο οποίο οι περισσότερες θρεπτικές ουσίες καθίστανται διαθέσιμες στο φυτό, δηλαδή μεταξύ 5,2 και 6,2. Αν είναι απαραίτητο, το pH του διαλύματος λιπάσματος μπορεί να ρυθμιστεί απλώς με την προσθήκη ενός οξέος που θα μειώσει το pH ή μιας βάσης που θα το αυξήσει. Όμως, στη ριζόσφαιρα, στο άμεσο περιβάλλον των ζωντανών ριζών, τα πράγματα συμβαίνουν πολύ διαφορετικά. Οι ρίζες εκκρίνουν πολλές ουσίες που μεταβάλλουν το pH στο υπόστρωμα.

Εισαγωγή στο pH
Εικόνα 2: Κάθε σωματίδιο του εδάφους περιέχει ένα καθαρό αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και συνεπώς έχει την ικανότητα να προσελκύει και να συγκρατεί θετικά φορτισμένα στοιχεία, όπως το κάλιο και το ασβέστιο. Τα στοιχεία αυτά προσελκύονται και συγκρατούνται στην επιφάνεια των σωματιδίων του εδάφους σαν σε μαγνήτη. Ο άργιλος και η οργανική ύλη έχουν μεγαλύτερο καθαρό αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και επομένως έχουν μεγαλύτερη ικανότητα να συγκρατούν θετικά φορτισμένα ιόντα ή κατιόντα. Υπό κανονικές συνθήκες, τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα όπως το νιτρικό και το φωσφορικό άλας θα απωθούνται.

Το pH στη ριζόσφαιρα μπορεί να είναι πολύ διαφορετικό από το pH που μετράται στο θρεπτικό διάλυμα. Η κύρια αιτία γι’ αυτή τη διαφορά είναι ότι το φυτό πρέπει να παραμείνει «ουδέτερο». Όταν οι θρεπτικές ουσίες διαλύονται στο νερό, είναι όλες παρούσες ως ιόντα. Αυτά τα ιόντα έχουν πάντα θετική ή αρνητική φόρτιση. Τα θετικά φορτισμένα ιόντα, όπως το Κ+, ονομάζονται κατιόντα. Τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα, όπως τα ΝΟ3, ονομάζονται ανιόντα. Μερικές θρεπτικές ουσίες μπορεί να υπάρχουν σε πολλαπλές μορφές. Για παράδειγμα, τα φωσφορικά άλατα, τα οποία μπορεί να εμφανιστούν ως PO4 3-, HPO4 2- και H2PO4. Ωστόσο, μόνο αυτή η τελευταία μορφή μπορεί να απορροφηθεί από τις ρίζες. Η επιφάνεια της ρίζας είναι αρνητικά φορτισμένη. Σε αυτή την κατάσταση, τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα όπως του H2PO4 θα απωθούνται από την επιφάνεια της ρίζας όπως οι ίδιοι πόλοι δύο μαγνητών. Τα φυτά έχουν αναπτύξει διάφορους τρόπους για να διευκολύνεται η απορρόφηση ανιόντων. Για κάθε ανιόν που απορροφά το φυτό, απεκκρίνει ένα ανιόν, όπως είναι το ιόν υδροξειδίου (ΟΗ) ή το όξινο ανθρακικό ιόν (HCO3). Ομοίως, για κάθε κατιόν που απορροφά το φυτό, απεκκρίνει ένα κατιόν Η+. Με αυτόν τον τρόπο, το φορτίο του φυτού διατηρεί την ισορροπία του. Ωστόσο, μια παρενέργεια είναι ότι τα απεκκρινόμενα ιόντα επηρεάζουν το pH της ριζόσφαιρας στο υπόστρωμα. Με την απέκκριση ενός κατιόντος, το pH κοντά στις ρίζες μειώνεται (γίνεται πιο όξινο). Η απέκκριση ανιόντων θα αυξήσει το pH κοντά στις ρίζες (θα γίνει πιο αλκαλικό).

Είναι γνωστό ότι τα αζωτούχα λιπάσματα επηρεάζουν το pH κοντά στις ρίζες. Αυτό είναι καλό να το γνωρίζουμε επειδή το φυτό απορροφά τόση ποσότητα αζώτου ώστε οι επιπτώσεις μπορεί να είναι σημαντικές. Αλλά αυτό το φαινόμενο επαναλαμβάνεται με κάθε θρεπτικό στοιχείο ή λίπασμα. Ως καλλιεργητής, μπορείτε να προσθέσετε άζωτο σε διάφορες μορφές. Το αμμώνιο (NH4+) έχει όξινη επίδραση στο έδαφος. Το νιτρικό άλας (ΝΟ3) έχει αλκαλική επίδραση. Κάποιος μπορεί εύκολα να υποθέσει ότι η λύση είναι να λιπάνει με νιτρικό αμμώνιο (NH4NO3). Όμως δεν είναι τόσο απλό. Το αμμώνιο θα απορροφηθεί πολύ πιο γρήγορα από το φυτό σε σύγκριση με τα νιτρικά άλατα και το τελικό αποτέλεσμα θα είναι η όξυνση του εδάφους. Όλες αυτές οι αντιδράσεις πρέπει να ληφθούν υπόψη επειδή κάθε θρεπτικό στοιχείο έχει το δικό του βέλτιστο εύρος pH του εδάφους, στο οποίο είναι διαθέσιμο στα φυτά. Για ορισμένα στοιχεία, αυτό το εύρος pH είναι περιορισμένο και η μέτρηση του pH στο θρεπτικό διάλυμα δεν αρκεί για να σας δείξει τι ακριβώς συμβαίνει στη ριζόσφαιρα.

Εξιδρώματα

Εισαγωγή στο pH
Εικόνα 3: Αυτή η εικόνα δείχνει ότι για κάθε κατιόν (μπλε) που απορροφά ένα φυτό, απεκκρίνεται ένα κατιόν Η+. Για κάθε ανιόν (κόκκινο) που απορροφά ένα φυτό, απεκκρίνεται ένα ιόν υδροξειδίου (π.χ. OH–). Με αυτόν τον τρόπο, η φόρτιση του φυτού παραμένει πάντα σε ισορροπία. Μια παρενέργεια είναι ότι τα απεκκρινόμενα ιόντα επηρεάζουν το pH της ριζόσφαιρας στο υπόστρωμα. Όταν το φυτό απεκκρίνει ένα κατιόν, το pH κοντά στις ρίζες μειώνεται. Η απέκκριση των ανιόντων θα αυξήσει το pH κοντά στις ρίζες. Στο παρελθόν, έγινε σαφές ότι οι ρίζες απεκκρίνουν πολλές ουσίες έτσι ώστε να επηρεάσουν τη ζωή του εδάφους ακριβώς γύρω από την επιφάνεια των ριζών. Οι ουσίες αυτές είναι γνωστές ως «εξιδρώματα». Τα κυριότερα εξιδρώματα είναι τα σάκχαρα και τα οργανικά οξέα. Οξέα όπως το κιτρικό οξύ, το οξαλικό οξύ και το μηλικό οξύ υπάρχουν σε μεγάλο βαθμό στην υγρασία των κυττάρων των ριζών.

Αυτά τα στοιχεία μπορούν επίσης να επηρεάσουν το pH του εδάφους, αλλά το πόσο ισχυρή είναι αυτή η επίδραση ποικίλλει από φυτό σε φυτό. Αν τα οξέα απεκκρίνονται από τις ρίζες, διαλύονται ως ανιόντα και θα κάνουν το έδαφος κοντά στη ρίζα πιο αλκαλικό, όπως συμβαίνει και με άλλα ανιόντα. Συνήθως αυτά τα εξιδρώματα θα έχουν μικρή επίδραση στο pH σε σύγκριση με την ισχυρή επίδραση της απέκκρισης ιόντων Η+. Αξιοσημείωτο είναι, ωστόσο, ότι δεν δρουν με τον ίδιο τρόπο όλα τα τμήματα του ριζικού συστήματος. Στην άκρη της ρίζας εκκρίνονται περισσότερα ιόντα Η+, ενώ λίγο πιο κάτω από τη ρίζα εκκρίνονται περισσότερα ανιόντα. Αυτό πιθανότατα συνδέεται με τις διαφορές στην απορρόφηση λιπασμάτων.

Τα επίπεδα του pH επηρεάζουν τη διαθεσιμότητα των θρεπτικών ουσιών και την αύξηση των φυτών

Το επίπεδο του pH επηρεάζει τη διαθεσιμότητα των θρεπτικών ουσιών και, συνεπώς, επηρεάζει έμμεσα την αύξηση των φυτών. Το pH μπορεί επίσης να επηρεάσει την απορρόφηση των θρεπτικών ουσιών από τις ρίζες των φυτών. Δεν επηρεάζονται το ίδιο όλες οι θρεπτικές ουσίες, αλλά οι περισσότερες είναι διαθέσιμες στα φυτά εντός του εύρους pH από 5,2 έως 6,2 (βλ. Εικόνα 4). Για να μπορέσει το φυτό να κάνει χρήση μιας θρεπτικής ουσίας, θα πρέπει να διαλυθεί πρώτα η ουσία στο διάλυμα του εδάφους. Τα περισσότερα μέταλλα και θρεπτικά συστατικά είναι πιο διαλυτά και επομένως πιο διαθέσιμα σε ελαφρώς όξινα εδάφη παρά σε ουδέτερα ή ελαφρώς αλκαλικά εδάφη. Σε ουδέτερα έως ελαφρώς αλκαλικά εδάφη ορισμένα στοιχεία μπορεί να «αδρανοποιηθούν» και να πάψουν να είναι διαθέσιμα στο φυτό. Σε αυτά τα στοιχεία περιλαμβάνονται ο σίδηρος, το μαγγάνιο, ο χαλκός, ο ψευδάργυρος και το βόριο. Από την άλλη, σε πολύ όξινα εδάφη η διαλυτότητα του φωσφόρου, του ασβεστίου και του μαγνησίου μειώνεται. Ο φωσφόρος δεν είναι εύκολα διαλυτός στο έδαφος, αλλά είναι περισσότερο διαθέσιμος σε έδαφος με εύρος pH περίπου 6,5. Αυτή η τιμή ποικίλλει από το ένα υπόστρωμα στο άλλο. Τα όξινα εδάφη (με pH 4,0-5,0) μπορούν να έχουν υψηλές συγκεντρώσεις διαλυτού αργιλίου, μαγγανίου και σιδήρου, οι οποίες μπορεί να είναι τοξικές για την ανάπτυξη ορισμένων φυτών.

Οι θρεπτικές ουσίες για την υγιή αύξηση των φυτών χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες: μακροθρεπτικές ουσίες ή μακροστοιχεία (στοιχεία που είναι απαραίτητα σε μεγαλύτερες ποσότητες), τα οποία υποδιαιρούνται σε πρωτεύοντα και δευτερεύοντα θρεπτικά στοιχεία, και μικροθρεπτικές ουσίες ή ιχνοστοιχεία (στοιχεία που απαιτούνται σε πολύ μικρές ποσότητες). Οι περισσότερες ελλείψεις σε δευτερεύουσες θρεπτικές ή μικροθρεπτικές ουσίες μπορούν να διορθωθούν εύκολα, διατηρώντας το pH του μέσου γύρω από το βέλτιστο εύρος pH. Οι χαμηλές τιμές pH (3-5) σε συνδυασμό με υψηλή θερμοκρασία (πάνω από 26°C) μπορούν επίσης να επηρεάσουν την ανάπτυξη ορισμένων μυκητιάσεων. Σε λίαν όξινα εδάφη μπορεί να παρεμποδιστεί η δραστηριότητα των βακτηρίων που διασπούν την οργανική ύλη του εδάφους. Αυτό εμποδίζει τη διάσπαση της οργανικής ύλης, με αποτέλεσμα τη συσσώρευση οργανικής ύλης και τη μη απελευθέρωση θρεπτικών ουσιών στο έδαφος, ιδίως του αζώτου το οποίο είναι δεσμευμένο μέσα στην οργανική ύλη. Ως αποτέλεσμα, η αύξηση των φυτών μπορεί να επηρεαστεί αρνητικά. Στα οργανικά υποστρώματα, υπάρχουν ωφέλιμοι μύκητες που ονομάζονται μυκόρριζα. Αυτοί οι μικροοργανισμοί προτιμούν ένα ελαφρώς όξινο περιβάλλον για βέλτιστη ανάπτυξη. Η αλκαλικότητα του νερού είναι επίσης ένας σημαντικός παράγοντας. Αν η αλκαλικότητα του νερού είναι πάνω από 200-250ppm CaCO3, τότε πρέπει να προστεθεί οξύ για να ελαχιστοποιηθεί η επίδραση στο pH του μέσου καλλιέργειας.

Εισαγωγή στο pH
Εικόνα 4: Οι περισσότερες θρεπτικές ουσίες για τα φυτά διατίθενται στο εύρος pH από 5,2 έως 6,2.

Πώς και γιατί το pH αλλάζει συχνά στα συστήματα υδροπονικής καλλιέργειας

Η απορρόφηση ανιόντων (αρνητικά φορτισμένων θρεπτικών ουσιών) και κατιόντων (θετικά φορτισμένων θρεπτικών ουσιών) από τα φυτά μπορεί να προκαλέσει σημαντικές μεταβολές στο pH του συστήματος καλλιέργειας. Αν απορροφηθούν περισσότερα κατιόντα σε σχέση με τα ανιόντα, το pH θα μειωθεί. Εάν απορροφηθούν περισσότερα ανιόντα παρά κατιόντα, το αποτέλεσμα θα είναι αύξηση του pH. Δεδομένου ότι το άζωτο (ένα στοιχείο που απαιτείται σε μεγάλες ποσότητες για την καλή αύξηση του φυτού) μπορεί να παρέχεται είτε ως κατιόν (αμμώνιο – NH4+) είτε ως ανιόν (νιτρικό – ΝΟ3), η αναλογία αυτών των δύο μορφών αζώτου στο θρεπτικό διάλυμα μπορεί να έχει σημαντική επίδραση τόσο στην ταχύτητα όσο και στην κατεύθυνση της αλλαγής του pH σε βάθος χρόνου. Οι μεταβολές στο pH μπορεί να εμφανιστούν εκπληκτικά γρήγορα. Οι περισσότερες ποικιλίες λαχανικών μεγαλώνουν καλύτερα σε θρεπτικό διάλυμα με pH μεταξύ 5,2 και 6,2 και θερμοκρασία μεταξύ 20°C και 22°C.

Όταν δεν υπάρχει αρκετό φως (τις συννεφιασμένες ημέρες ή σε εσωτερικούς χώρους καλλιέργειας), τα φυτά απορροφούν περισσότερο κάλιο και φωσφόρο από το θρεπτικό διάλυμα, αυξάνοντας την οξύτητα (το pH μειώνεται). Σε χαμηλά επίπεδα φωτός ο ρυθμός διαπνοής είναι επίσης χαμηλότερος, γεγονός που με τη σειρά του μειώνει την απορρόφηση ασβεστίου. Σε συνδυασμό με χαμηλό pH στο υπόστρωμα, μπορεί να εμφανιστούν συμπτώματα έλλειψης ασβεστίου. Όταν, αντιθέτως, υπάρχει έντονο φως (τις ηλιόλουστες μέρες), τα φυτά θα πάρουν περισσότερο άζωτο από το θρεπτικό διάλυμα. Ως αποτέλεσμα, η οξύτητα μειώνεται (το pH αυξάνεται).

Εισαγωγή στο pH
Εικόνα 5: Αυτό το διάγραμμα θα σας βοηθήσει να εντοπίσετε ελλείψεις θρεπτικών ουσιών.

Τι συμβαίνει αν το pH είναι πολύ υψηλό ή πολύ χαμηλό και πώς αναγνωρίζονται τα συμπτώματα

Τα πρώτα συμπτώματα έλλειψης θρεπτικών ουσιών θα εμφανιστούν στα φύλλα. Η έλλειψη σιδήρου (Fe), για παράδειγμα, μπορεί να εμφανιστεί πολύ γρήγορα. Σε τιμές pH 7,0 ή παραπάνω, λιγότερο από το 50% του Fe θα είναι διαθέσιμο στα φυτά. Σε τιμές pH 8,0 μια μικρή μόνο ποσότητα Fe μένει σε διάλυμα εξαιτίας της καθίζησης του υδροξειδίου του σιδήρου (Fe(OH)3– το οποίο τελικά μετατρέπεται σε σκουριά). Η εικόνα 5 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βοήθημα για τον εντοπισμό ελλείψεων θρεπτικών ουσιών στα φυτά. Η χλώρωση είναι το κιτρίνισμα ή ο αποχρωματισμός του πράσινου φυτικού ιστού λόγω απώλειας χλωροφύλλης. Η νέκρωση του φυτικού ιστού εμφανίζεται ως αποχρωματισμός σε χρώμα σκούρο καφέ, π.χ. σε τμήμα του φύλλου.

Το μέρος του φυτού όπου θα εμφανιστούν τα συμπτώματα (στα νεότερα ή στα παλαιότερα φύλλα) θα εξαρτηθεί από την κινητικότητα του στοιχείου στο φυτό. Στοιχεία με πολύ χαμηλή κινητικότητα είναι το βόριο, το ασβέστιο, ο χαλκός, ο σίδηρος, το μαγγάνιο, το μολυβδαίνιο και ο ψευδάργυρος. Η έλλειψη κάποιου από αυτά τα στοιχεία θα παρατηρηθεί πρώτα στα νεότερα φύλλα. Αυτά τα στοιχεία μεταφέρονται στα νεαρά φύλλα με τη ροή του χυμού. Δεν κινούνται μόνα τους μέσα στο φυτό. Πιο κινητικά στοιχεία είναι το άζωτο, το κάλιο και το μαγνήσιο. Τα συμπτώματα έλλειψης αυτών των στοιχείων παρατηρούνται στα παλαιότερα φύλλα των φυτών επειδή τα στοιχεία μεταφέρονται από τα παλαιότερα στα νεότερα φύλλα, τα οποία χρειάζονται περισσότερες θρεπτικές ουσίες για την αυξητική διαδικασία.

Rate this article: 
No votes yet