Значение pH. Что это и почему оно важно?

Уровень pH — один из ключевых факторов здоровья и продуктивности растений. Он напрямую не влияет на растение, но контролирует доступность практически всех питательных веществ в почве или питательном растворе. Понимание того, что такое pH, как он меняется в ризосфере и как управлять им, является фундаментом для создания идеальных условий для роста и предотвращения дефицита элементов.

Значения pH почвы и питательного раствора являются важными аспектами хорошего питания растений. pH не оказывает прямого воздействия на растение, но напрямую влияет на доступность питательных веществ для растения. В свою очередь, растение также может влиять на pH почвы в прикорневой области — об этом мы расскажем ниже.

Чтобы лучше понять влияние рН на урожайность, сначала нужно определить, что есть рН. Значение рН, стандартное измерение кислотности, было разработано руководителем химического отдела лаборатории Carlsberg в 1909 году. В большей степени это означает «мощность водорода», поскольку уровень pH обеспечивает простое и универсальное измерение количества ионов водорода в растворе. Эти ионы влияют на его кислотность и на то, как раствор будет реагировать химически. рН определяется как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода. Это результат присутствия анионов (отрицательно заряженных питательных веществ) и катионов (положительно заряженных питательных частиц). Уровень рН измеряется от 0 (кислый) до 14 (щелочной) с pH 7 в качестве нейтральной точки.

Ризосфера — это узкая область почвы, которая находится под непосредственным влиянием корневых выделений и связанных с ними почвенных микроорганизмов. Растения реагируют на дефицит питательных веществ, изменяя морфологию своих корней, рекрутируя помощь микроорганизмов и изменяя химическую среду ризосферы. Компоненты корневых экссудатов помогают растениям получать доступ к питательным веществам путем подкисления или изменения окислительно-восстановительных условий в ризосфере или хелатирования непосредственно с питательным веществом. Экссудаты могут высвобождать питательные вещества путем растворения нерастворимых минеральных фаз или десорбции из глинистых минералов или органического вещества, посредством чего они высвобождаются в почву и могут затем обрабатываться растением. При подготовке питательного раствора, растениевод должен следить за тем, чтобы рН воды находился в определенном диапазоне. Предпочтительным будет тот диапазон, при котором большинство питательных веществ будут доступны для растения, а именно — 5,2–6,2. При необходимости рН раствора удобрений может быть просто скорректирован путем добавления кислоты, чтобы снизить рН или базы, чтобы увеличить его. Но в ризосфере, непосредственном окружении живых корней, все становится совсем по-другому. Корни выделяют много веществ, которые изменяют рН в субстрате.

Каждая частица почвы содержит чистый отрицательный электрический заряд и поэтому имеет возможность привлекать и удерживать положительно заряженные элементы, такие как калий и кальций. Эти элементы притягиваются и удерживаются на поверхности частиц почвы, как магнит. Глина и органические вещества имеют более высокий чистый отрицательный электрический заряд, и поэтому имеют больше емкости для того чтобы удерживать позитивно заряженные ионы или катионы. Отрицательно заряженные ионы, такие как нитрат и фосфат, обычно отталкиваются.

Значение pH в ризосфере может сильно отличаться от рН, который измеряется в питательном растворе. Основная причина этого заключается в том, что растение должно оставаться «нейтральным». Растворившись в воде, все питательные вещества присутствуют в виде ионов. Эти ионы всегда имеют положительный или отрицательный заряд. Положительно заряженные ионы, как K+, называются катионами. Отрицательно заряженные ионы, подобные NO 3-, называются анионами. Некоторые питательные вещества могут быть представлены в нескольких формах. Например, фосфаты, которые могут встречаться как PO 4   3- , HPO 4   2- и H 2 PO 4-. Тем не менее, только эта последняя форма может быть использована корнями. Поверхность корня отрицательно заряжена. В этом состоянии отрицательно заряженные ионы, такие как H 2 PO 4   — будут отталкиваться от поверхности корня, как два магнита с одинаковым полюсом. Растения разработали несколько способов облегчения поглощения анионов. Для каждого аниона, которое забирает растение, оно выделяет анион, например, гидроксид (ОН -) или бикарбонат ион (HCO 3   -). Точно так же для каждого катиона, который оно забирает, растение выделяет по типу H +. Таким образом, заряд растения остается сбалансированным. Однако побочным эффектом этого является то, что экскретированные ионы влияют на рН ризосферы в субстрате. Выделяя катион, рН вблизи корней уменьшается (он становится более кислотным). Выделение анионов повысит рН около корней (он станет более щелочным).

Хорошо известно, что азотные удобрения влияют на рН в прикорневой зоне. Это понимание важно, потому что растение поглощает так много азота, что эффект может быть значительным. Но этот эффект возникает с каждым питательным веществом или удобрением. Как садовод, вы можете добавлять азот в различных формах. Аммоний (NH 4   +) имеет кислотный эффект в почве. Нитрат (NO 3   -) –щелочной. Можно легко предположить, что ответ на этот вопрос заключается в удобрении с нитратом аммония (NH 4 NO 3). Но все не так просто. Аммоний будет потребляться растением намного быстрее по сравнению с нитратом, и результатом в конечном итоге будет подкисление почвы. Все эти реакции должны приниматься во внимание, потому что каждый питательный элемент имеет свой оптимальный рН в почве для доступности для растений. Для некоторых элементов это узкий диапазон, и простое измерение рН в питательном растворе не скажет вам, что действительно происходит в ризосфере.

В прошлом стало ясно, что корни выделяют много веществ, чтобы влиять на почвенную жизнь непосредственно вокруг поверхности корней. Эти вещества известны как «экссудаты». Основными экссудатами являются сахара и органические кислоты. Кислоты, такие как лимонная кислота, щавелевая кислота и яблочная кислота, в значительной степени присутствуют в клеточной влаге корней. Эти элементы также могут влиять на рН в почве, но насколько сильно это влияние будет варьироваться для каждого растения. Если кислоты выделяются из корней, они растворяются в виде анионов и делают почву около корня более щелочной, как и другие анионы. Обычно эти экссудаты окажут незначительное влияние на рН по сравнению с сильным эффектом экспрессии H + -ion. Примечательно, однако, что не каждая часть корневой системы действует одинаково. На кончике корня выделяются больше H + -ион, а немного дальше от корня — больше анионов. Вероятно, это связано с различиями в усвоении удобрений.

Уровень рН влияет на доступность питательных веществ и, следовательно, оказывает косвенное влияние на рост растений. pH может также влиять на поглощение питательных веществ корнями растений. Не все питательные вещества оказывают одинаковое влияние, но большинство питательных веществ доступны для растений в диапазоне рН от 5,2 до 6,2 (см. Рисунок 4). Прежде чем питательное вещество может использоваться растением, его необходимо растворить в почвенном растворе. Большинство минералов и питательных веществ более растворимы и, следовательно, доступны в слабокислых почвах, чем в нейтральных слабощелочных почвах. В нейтральных или слабощелочных почвах некоторые элементы могут стать «инактивированными» и не доступными больше для растения. Эти элементы включают железо, марганец, медь, цинк и бор. В очень кислых почвах, с другой стороны, растворимость фосфора, кальция и магния уменьшается. Фосфор никогда не растворяется в почве, но наиболее доступен с диапазоном рН около 6,5. Это значение зависит от разных субстратов. Кислые почвы (рН 4,0-5,0) могут иметь высокие концентрации растворимого алюминия, марганца и железа, которые могут быть токсичными для роста некоторых растений. Питательные вещества для здорового роста растений делятся на разные категории: макроэлементы (элементы, необходимые в больших количествах), которые также подразделяются на первичные и вторичные питательные вещества, и микро-питательные вещества или микроэлементы (элементы, необходимые в очень небольших количествах). Большинство вторичных питательных веществ и недостатки микроэлементов можно легко скорректировать, поддерживая среду вокруг оптимального диапазона рН. Низкие значения pH (3-5) в сочетании с высокой температурой (выше 26 ° C) также могут влиять на развитие некоторых грибковых заболеваний. В высоко кислотных почвах активность бактерий, которые разлагают органические материалы в почве, может быть затруднена. Это предотвращает разложению органического вещества, что приводит к накоплению органического вещества и невосстановлению питательных веществ в почве, в частности азота, который заперт внутри органического вещества. В результате это может отрицательно сказаться на развитии растений.

В органических почвенных субстратах присутствуют полезные грибковые бактерии, называемые микоризами. Микоризы предпочитают слегка кислотную среду для оптимального роста. Важным фактором также является щелочность воды. Если щелочность воды составляет более 200-250 частей на миллион CaCO 3, то следует добавить кислоту для сведения к минимуму влияния pH на среду роста.

Большинство питательных веществ для растений доступны в диапазоне рН 5,2 и 6,2.

Поглощение анионов (отрицательно заряженных питательных веществ) и катионов (положительно заряженных питательных веществ) растениями может привести к значительным изменениям рН в системе выращивания. Если больше катионов поглощается по отношению к анионам, pH будет уменьшаться. Если поглощается больше анионов, чем катионов, то это приводит к увеличению рН. Поскольку азот (элемент, требуемый в больших количествах для здорового роста растений), может поставляться либо в виде катиона (аммоний — NH 4   +) или в виде аниона (нитрат — NO 3   -), со временем соотношение этих двух форм азота в питательном растворе может существенно влиять как на скорость, так и на направление изменения рН. Сдвиги уровня рН могут происходить неожиданно быстро. Большинство сортов овощей лучше всего растут в питательном растворе с рН от 5,2 до 6,2 и при температуре от 20 до 22 ° C.

При не высокой доступности света (в пасмурные дни или в условиях выращивания в помещении), растения будут поглощать больше калия и фосфора из питательного раствора, увеличивая кислотность (pH снижается). При низких уровнях освещенности скорость транспирации также ниже, что, в свою очередь, снижает поглощение кальция. В сочетании с низким рН в субстрате могут проявляться симптомы дефицита кальция. При интенсивном освещении (в ясные солнечные дни), растения будут потреблять больше азота из питательного раствора. В результате кислотность уменьшается (повышение рН).

Первые симптомы дефицита питательных веществ проявляются в листьях. Например, дефицит железа (Fe) может происходить очень быстро. При значениях рН 7 или выше для растений будет доступно менее 50% железа. При значениях рН 8,0 в растворе остается только небольшое количество железа из-за осаждения гидроксидом железа (Fe (OH) 3   — который в конечном итоге превращается в ржавчину). Рисунок 5 может использоваться как инструмент для выявления недостатков питательных веществ в растениях. Хлороз — это пожелтение или отбеливание зеленой растительной ткани из-за потери хлорофилла. Некроз — это отмирание растительной ткани, которое проявляется как темно-коричневое обесцвечивание, например, на части листа. Место на растении, где проявятся симптомы (старые или молодые листья) будет зависеть от подвижности элементов в растении. Элементы с очень низкой подвижностью —  бор, кальций, медь, железо, марганец, молибден и цинк. Недостатки этих элементов сначала будут видны на более молодых листьях. Эти элементы передаются с потоком сока в молодые листья. Они не перемещаются внутри растения. Более мобильными элементами являются азот, калий и магний. Симптомы дефицита этих элементов наблюдаются у более старых листьев растений, потому что элементы перемещаются от более старых листьев к более молодым листьям, которые нуждаются в большем количестве питательных веществ для процесса роста.