تشن تونغ تشيانغ وآخرون. تكنولوجيا الهندسة الزراعية للزراعة في البيوت المحمية. نُشر في بكين الساعة 17:30 في 6 يناير 2023.

يُعدّ التحكم الجيد في الموصلية الكهربائية ودرجة الحموضة في منطقة الجذور شرطًا أساسيًا لتحقيق إنتاجية عالية للطماطم في الزراعة المائية داخل البيوت الزجاجية الذكية. في هذه المقالة، تم اختيار الطماطم كنبات للزراعة، وتم تلخيص نطاق الموصلية الكهربائية ودرجة الحموضة المناسبين لمنطقة الجذور في مختلف مراحل النمو، بالإضافة إلى التدابير التقنية اللازمة للتحكم في حال حدوث أي خلل، وذلك لتوفير مرجع للإنتاج الزراعي الفعلي في البيوت الزجاجية التقليدية.

بحسب إحصاءات غير مكتملة، بلغت مساحة زراعة البيوت الزجاجية الذكية متعددة الأقواس في الصين 630 هكتارًا، ولا تزال في ازدياد. تُدمج هذه البيوت الزجاجية مرافق وتجهيزات متنوعة، مما يُهيئ بيئة نمو مثالية للنباتات. يُعد التحكم الجيد في البيئة، والري الدقيق بالماء والأسمدة، والعمليات الزراعية السليمة، وحماية النباتات، العوامل الأربعة الرئيسية لتحقيق إنتاجية عالية وجودة ممتازة للطماطم. أما الري الدقيق، فيهدف إلى الحفاظ على مستويات مناسبة من التوصيل الكهربائي (EC)، ودرجة الحموضة (pH)، ومحتوى الماء في التربة، وتركيز الأيونات في منطقة الجذور. يُسهم التوصيل الكهربائي ودرجة الحموضة الجيدان في منطقة الجذور في نمو الجذور وامتصاص الماء والأسمدة، وهو شرط أساسي للحفاظ على نمو النبات، وعملية التمثيل الضوئي، والنتح، وغيرها من العمليات الأيضية. لذا، يُعد الحفاظ على بيئة جيدة في منطقة الجذور شرطًا ضروريًا لتحقيق إنتاجية عالية للمحصول.

يؤدي اختلال التوازن الكهربائي (EC) ودرجة الحموضة (pH) في منطقة الجذور إلى آثار لا رجعة فيها على توازن الماء، ونمو الجذور، وكفاءة امتصاص الأسمدة، ونقص العناصر الغذائية في النبات، وتركيز الأيونات في الجذور، وامتصاص الأسمدة، ونقص العناصر الغذائية في النبات، وغير ذلك. تعتمد زراعة وإنتاج الطماطم في البيوت الزجاجية على الزراعة المائية. بعد خلط الماء والسماد، يتم توزيعهما معًا على شكل قطرات. يؤثر كل من التوازن الكهربائي (EC) ودرجة الحموضة (pH) وتكرار الري، وتركيبة السماد، وكمية الماء المُعاد، ووقت بدء الري، بشكل مباشر على التوازن الكهربائي (EC) ودرجة الحموضة (pH) في منطقة الجذور. في هذه المقالة، تم تلخيص التوازن الكهربائي (EC) ودرجة الحموضة (pH) المناسبين في منطقة الجذور في كل مرحلة من مراحل زراعة الطماطم، وتحليل أسباب اختلال التوازن الكهربائي (EC) ودرجة الحموضة (pH) في منطقة الجذور، وتلخيص التدابير العلاجية، مما يوفر مرجعًا تقنيًا للإنتاج الفعلي في البيوت الزجاجية التقليدية.

الموصلية الكهربائية ودرجة الحموضة المناسبة لمنطقة جذور الطماطم في مراحل نموها المختلفة

تنعكس الموصلية الكهربائية (EC) في منطقة الجذور بشكل أساسي في تركيز أيونات العناصر الرئيسية فيها. وتُحسب هذه الموصلية تجريبياً بقسمة مجموع شحنات الأنيونات والكاتيونات على 20، وكلما زادت القيمة، زادت الموصلية الكهربائية في منطقة الجذور. وتوفر الموصلية الكهربائية المناسبة في منطقة الجذور تركيزاً مناسباً ومتجانساً لأيونات العناصر اللازمة لجذور النبات.

بشكل عام، تكون قيمة التوصيل الكهربائي في منطقة الجذور منخفضة (أقل من 2.0 ملي سيمنز/سم). وبسبب ضغط انتفاخ خلايا الجذور، يؤدي ذلك إلى زيادة الطلب على امتصاص الماء من قِبل الجذور، مما ينتج عنه كمية أكبر من الماء الحر في النباتات، ويُستخدم هذا الماء الزائد في نمو الأوراق واستطالة الخلايا ونمو عروق النبات. أما في فصل الشتاء، فتكون قيمة التوصيل الكهربائي في منطقة الجذور مرتفعة (أكثر من 8-10 ملي سيمنز/سم، وأكثر من 5-7 ملي سيمنز/سم في الصيف). ومع ارتفاع التوصيل الكهربائي في منطقة الجذور، تقل قدرة الجذور على امتصاص الماء، مما يؤدي إلى إجهاد نقص الماء في النباتات، وفي الحالات الشديدة، تذبل النباتات (الشكل 1). في الوقت نفسه، يؤدي التنافس بين الأوراق والثمار على الماء إلى انخفاض محتوى الماء في الثمار، مما يؤثر على المحصول وجودة الثمار. عندما ترتفع الموصلية الكهربائية (EC) في منطقة الجذور بشكل معتدل بمقدار 0-2 ملي سيمنز/سم، يكون لذلك تأثير تنظيمي جيد على زيادة تركيز السكريات الذائبة/محتوى المواد الصلبة الذائبة في الثمار، وعلى ضبط توازن النمو الخضري والتكاثري للنبات. لذا، غالبًا ما يلجأ مزارعو الطماطم الكرزية الذين يسعون إلى الجودة إلى استخدام موصلية كهربائية أعلى في منطقة الجذور. وقد وُجد أن نسبة السكريات الذائبة في الخيار المُطعم كانت أعلى بكثير من تلك الموجودة في الخيار غير المُطعم عند ريّه بمياه مالحة (أُضيف 3 غ/لتر من المياه المالحة المُحضرة محليًا بنسبة 2:2:1 من كلوريد الصوديوم وكبريتات المغنيسيوم وكبريتات الكالسيوم إلى المحلول المغذي). تتميز طماطم "داتش هوني" الكرزية بالحفاظ على موصلية كهربائية عالية في منطقة الجذور (8-10 ملي سيمنز/سم) طوال موسم الإنتاج، واحتواء ثمارها على نسبة عالية من السكريات، إلا أن محصول الثمار النهائي منخفض نسبيًا (5 كغ/م²).

يشير الرقم الهيدروجيني لمنطقة الجذور (بدون وحدة) بشكل أساسي إلى الرقم الهيدروجيني لمحلول منطقة الجذور، والذي يؤثر بشكل رئيسي على ترسيب وذوبان أيونات العناصر في الماء، وبالتالي على فعالية امتصاص كل أيون بواسطة نظام الجذور. بالنسبة لمعظم أيونات العناصر، يتراوح الرقم الهيدروجيني المناسب بين 5.5 و6.5، مما يضمن امتصاص كل أيون بواسطة نظام الجذور بشكل طبيعي. لذلك، أثناء زراعة الطماطم، يجب الحفاظ على الرقم الهيدروجيني لمنطقة الجذور دائمًا بين 5.5 و6.5. يوضح الجدول 1 نطاق التحكم في التوصيل الكهربائي (EC) والرقم الهيدروجيني لمنطقة الجذور في مراحل النمو المختلفة للطماطم ذات الثمار الكبيرة. بالنسبة للطماطم ذات الثمار الصغيرة، مثل الطماطم الكرزية، يكون التوصيل الكهربائي لمنطقة الجذور في المراحل المختلفة أعلى بمقدار 0-1 ملي سيمنز/سم من مثيله في الطماطم ذات الثمار الكبيرة، ولكن يتم تعديل جميعها وفقًا للاتجاه نفسه.

الأسباب غير الطبيعية وتدابير تعديل الموصلية الكهربائية في منطقة جذور الطماطم

يشير مصطلح EC في منطقة الجذور إلى توصيل المحلول المغذي المحيط بالجذور. عند زراعة الطماطم في الصوف الصخري في هولندا، يستخدم المزارعون محاقن لسحب المحلول المغذي من الصوف الصخري، مما يوفر نتائج أكثر دقة. في الظروف الطبيعية، يكون توصيل المحلول المغذي العائد قريبًا من توصيل المحلول المغذي في منطقة الجذور، لذا يُستخدم غالبًا توصيل المحلول المغذي العائد من نقطة أخذ العينات في الصين كقيمة لتوصيل المحلول المغذي في منطقة الجذور. يرتفع التغير اليومي لتوصيل المحلول المغذي في منطقة الجذور عمومًا بعد شروق الشمس، ثم يبدأ بالانخفاض ويستقر عند ذروة الري، ثم يرتفع ببطء بعد الري، كما هو موضح في الشكل 2.

تتمثل الأسباب الرئيسية لارتفاع الموصلية الكهربائية العائدة في انخفاض معدل العودة، وارتفاع الموصلية الكهربائية الداخلة، وتأخر الري. كانت كمية الري في نفس اليوم قليلة، مما يدل على انخفاض معدل عودة السائل. يهدف إعادة السائل إلى غسل التربة جيدًا، وضمان بقاء الموصلية الكهربائية في منطقة الجذور، ومحتوى الماء في التربة، وتركيز الأيونات في منطقة الجذور ضمن النطاق الطبيعي. ومع انخفاض معدل عودة السائل، يمتص نظام الجذور كمية من الماء تفوق كمية الأيونات، مما يُفسر ارتفاع الموصلية الكهربائية. يؤدي ارتفاع الموصلية الكهربائية الداخلة مباشرةً إلى ارتفاع الموصلية الكهربائية العائدة. وبحسب القاعدة العامة، تكون الموصلية الكهربائية العائدة أعلى بمقدار 0.5 إلى 1.5 مللي ثانية/سم من الموصلية الكهربائية الداخلة. انتهى الري الأخير في وقت مبكر من ذلك اليوم، وكانت شدة الإضاءة لا تزال مرتفعة (300 إلى 450 واط/م²) بعد الري. وبسبب نتح النباتات الناتج عن الإشعاع، استمر نظام الجذور في امتصاص الماء، مما أدى إلى انخفاض محتوى الماء في التربة، وارتفاع تركيز الأيونات، وبالتالي ارتفاع الموصلية الكهربائية في منطقة الجذور. عندما تكون الموصلية الكهربائية في منطقة الجذور عالية، وتكون شدة الإشعاع عالية، والرطوبة منخفضة، فإن النباتات تواجه إجهاد نقص المياه، والذي يتجلى بشكل خطير في الذبول (الشكل 1، على اليمين).

يعود انخفاض الموصلية الكهربائية في منطقة الجذور بشكل رئيسي إلى ارتفاع معدل عودة السائل، وتأخر انتهاء الري، وانخفاض الموصلية الكهربائية في السائل الداخل، مما يُفاقم المشكلة. يؤدي ارتفاع معدل عودة السائل إلى تقارب كبير بين الموصلية الكهربائية الداخلة والموصلية الكهربائية العائدة. عند تأخر انتهاء الري، خاصة في الأيام الغائمة، مع انخفاض الإضاءة وارتفاع الرطوبة، يضعف نتح النباتات، وتكون نسبة امتصاص الأيونات أعلى من نسبة امتصاص الماء، وتكون نسبة انخفاض محتوى الماء في التربة أقل من نسبة انخفاض تركيز الأيونات في المحلول، مما يؤدي إلى انخفاض الموصلية الكهربائية للسائل العائد. ولأن ضغط انتفاخ خلايا شعيرات جذر النبات أقل من جهد الماء في محلول المغذيات في منطقة الجذور، يمتص نظام الجذر كمية أكبر من الماء، مما يُخل بتوازن الماء. عندما يكون النتح ضعيفًا، يُفرز النبات الماء على شكل قطرات (الشكل 1، يسار)، وإذا كانت درجة الحرارة مرتفعة ليلًا، فلن ينمو النبات.

إجراءات التعديل عند وجود خلل في التوصيل الكهربائي لمنطقة الجذور: ① عندما يكون التوصيل الكهربائي العائد مرتفعًا، يجب أن يكون التوصيل الكهربائي الوارد ضمن نطاق معقول. عمومًا، يتراوح التوصيل الكهربائي الوارد لطماطم الثمار الكبيرة بين 2.5 و3.5 ملي سيمنز/سم في الصيف، وبين 3.5 و4.0 ملي سيمنز/سم في الشتاء. ثانيًا، تحسين معدل عودة الماء، وذلك قبل الري المتكرر عند الظهيرة، والتأكد من عودة الماء في كل ري. يرتبط معدل عودة الماء ارتباطًا طرديًا بتراكم الإشعاع. في الصيف، عندما تتجاوز شدة الإشعاع 450 واط/م² وتستمر لأكثر من 30 دقيقة، يُنصح بإضافة كمية صغيرة من الماء (50-100 مل/قطارة) يدويًا مرة واحدة، ومن الأفضل عدم عودة الماء قدر الإمكان. ② عندما يكون معدل عودة الماء منخفضًا، فإن الأسباب الرئيسية هي ارتفاع معدل عودة الماء، وانخفاض التوصيل الكهربائي، وتأخر الري الأخير. بالنظر إلى وقت الري الأخير، ينتهي الري عادةً قبل غروب الشمس بساعتين إلى خمس ساعات، وينتهي قبل الموعد المحدد في الأيام الغائمة وفصل الشتاء، ويتأخر في الأيام المشمسة وفصل الصيف. يتم التحكم في معدل إعادة الماء وفقًا لتراكم الإشعاع الشمسي الخارجي. عمومًا، يكون معدل إعادة الماء أقل من 10% عندما يكون تراكم الإشعاع أقل من 500 جول/سم²/يوم، ويتراوح بين 10% و20% عندما يكون تراكم الإشعاع بين 500 و1000 جول/سم²/يوم، وهكذا.

الأسباب غير الطبيعية وإجراءات تعديل درجة حموضة منطقة جذور الطماطم

عمومًا، يبلغ الرقم الهيدروجيني للسائل الداخل 5.5، بينما يتراوح الرقم الهيدروجيني للراشح بين 5.5 و6.5 في الظروف المثالية. وتشمل العوامل المؤثرة على الرقم الهيدروجيني في منطقة الجذور: تركيبة المحلول، ووسط الاستزراع، ومعدل الراشح، وجودة المياه، وغيرها. فعندما يكون الرقم الهيدروجيني في منطقة الجذور منخفضًا، فإنه يُسبب احتراق الجذور وذوبانًا شديدًا لمصفوفة الصوف الصخري، كما هو موضح في الشكل 3. أما عندما يكون الرقم الهيدروجيني في منطقة الجذور مرتفعًا، فإن امتصاص أيونات المنجنيز (Mn2+)، والحديد (Fe3+)، والمغنيسيوم (Mg2+)، والفوسفات (PO43-) يقل، مما يؤدي إلى نقص في العناصر، مثل نقص المنجنيز الناتج عن ارتفاع الرقم الهيدروجيني في منطقة الجذور، كما هو موضح في الشكل 4.

فيما يتعلق بجودة المياه، فإن مياه الأمطار ومياه الترشيح عبر أغشية التناضح العكسي حمضية، ويتراوح الرقم الهيدروجيني للمحلول الأم عادةً بين 3 و4، مما يؤدي إلى انخفاض الرقم الهيدروجيني للمحلول الداخل. ويُستخدم هيدروكسيد البوتاسيوم وبيكربونات البوتاسيوم غالبًا لضبط الرقم الهيدروجيني للمحلول الداخل. أما مياه الآبار والمياه الجوفية، فيتم تنظيمها عادةً باستخدام حمض النيتريك وحمض الفوسفوريك لاحتوائها على أيونات البيكربونات (HCO3-)، وهي أيونات قلوية. ويؤثر الرقم الهيدروجيني غير الطبيعي للمحلول الداخل بشكل مباشر على الرقم الهيدروجيني للمحلول العائد، لذا يُعد الرقم الهيدروجيني المناسب للمحلول الداخل أساسًا للتنظيم. أما بالنسبة لركيزة الزراعة، فبعد الزراعة، يكون الرقم الهيدروجيني للسائل العائد من ركيزة نخالة جوز الهند قريبًا من الرقم الهيدروجيني للسائل الداخل، ولن يتسبب الرقم الهيدروجيني غير الطبيعي للسائل الداخل في حدوث تقلبات حادة في الرقم الهيدروجيني لمنطقة الجذور في وقت قصير نظرًا لخاصية التخزين المؤقت الجيدة للركيزة. وفي حالة الزراعة باستخدام الصوف الصخري، يكون الرقم الهيدروجيني للسائل العائد مرتفعًا بعد الاستعمار ويستمر لفترة طويلة.

من حيث الصيغة، وبناءً على اختلاف قدرة النباتات على امتصاص الأيونات، يمكن تقسيم الأملاح إلى أملاح حمضية وأخرى قلوية. على سبيل المثال، عند امتصاص النبات لأيون النترات (NO3-)، يُطلق نظام الجذر مولًا واحدًا من أيونات الهيدروكسيد (OH-)، مما يؤدي إلى زيادة درجة حموضة التربة المحيطة بالجذور. بينما عند امتصاص أيون الأمونيوم (NH4+)، يُطلق نظام الجذر نفس التركيز من أيونات الهيدروجين (H+)، مما يؤدي إلى انخفاض درجة حموضة التربة المحيطة بالجذور. لذلك، تُعتبر النترات ملحًا قاعديًا، بينما يُعتبر ملح الأمونيوم ملحًا حمضيًا. عمومًا، يُعد كل من كبريتات البوتاسيوم ونترات الكالسيوم والأمونيوم وكبريتات الأمونيوم أسمدة حمضية، بينما تُعد نترات البوتاسيوم ونترات الكالسيوم أملاحًا قلوية، أما نترات الأمونيوم فهي ملح متعادل. ينعكس تأثير معدل عودة السائل على درجة حموضة منطقة الجذور بشكل رئيسي في شطف محلول المغذيات في منطقة الجذور، وتنتج درجة حموضة منطقة الجذور غير الطبيعية عن عدم انتظام تركيز الأيونات في منطقة الجذور.

إجراءات التعديل عند وجود خلل في درجة حموضة منطقة الجذور: (1) أولاً، تحقق مما إذا كانت درجة حموضة الماء الداخل ضمن النطاق الطبيعي؛ (2) عند استخدام مياه غنية بالكربونات، مثل مياه الآبار، لاحظ الباحث أن درجة حموضة الماء الداخل كانت طبيعية، ولكن بعد انتهاء الري في ذلك اليوم، تم فحص درجة حموضة الماء الداخل ووجد أنها مرتفعة. بعد التحليل، تبين أن السبب المحتمل هو ارتفاع درجة الحموضة نتيجةً لتأثير أيونات البيكربونات (HCO3-) كمُنظِّم، لذا يُنصح باستخدام حمض النيتريك كمنظم عند استخدام مياه الآبار كمصدر لمياه الري؛ (3) عند استخدام الصوف الصخري كركيزة للزراعة، تكون درجة حموضة محلول الري مرتفعة لفترة طويلة في المراحل الأولى من الزراعة. في هذه الحالة، يجب خفض درجة حموضة محلول الري الداخل إلى 5.2-5.5، وفي الوقت نفسه، يجب زيادة جرعة الملح الحمضي الفسيولوجي، واستخدام نترات الأمونيوم الكالسيوم بدلاً من نترات الكالسيوم، وكبريتات البوتاسيوم بدلاً من نترات البوتاسيوم. تجدر الإشارة إلى أن جرعة أيونات الأمونيوم (NH4+) يجب ألا تتجاوز عُشر إجمالي النيتروجين في التركيبة. على سبيل المثال، عندما يكون تركيز النيتروجين الكلي (NO3- + NH4+) في المياه الداخلة 20 ملي مول/لتر، ويكون تركيز أيونات الأمونيوم أقل من 2 ملي مول/لتر، يمكن استخدام كبريتات البوتاسيوم بدلاً من نترات البوتاسيوم، ولكن يجب الانتباه إلى أن تركيز أيونات الكبريتات (SO4+) يجب أن يكون أقل.^2-لا يُنصح بتجاوز تركيز 6-8 مليمول/لتر في مياه الري الداخلة؛ (4) فيما يتعلق بمعدل إعادة السائل، يجب زيادة كمية الري في كل مرة وغسل الركيزة، خاصة عند استخدام الصوف الصخري للزراعة، لذلك لا يمكن تعديل درجة حموضة منطقة الجذور بسرعة في وقت قصير باستخدام الملح الحمضي الفسيولوجي، لذلك يجب زيادة كمية الري لضبط درجة حموضة منطقة الجذور إلى نطاق معقول في أسرع وقت ممكن.

ملخص

يُعدّ نطاق التوصيل الكهربائي (EC) ودرجة الحموضة (pH) المناسب في منطقة جذور الطماطم شرطًا أساسيًا لضمان امتصاصها للماء والأسمدة بشكل طبيعي. تؤدي القيم غير الطبيعية إلى نقص العناصر الغذائية في النبات، واختلال توازن الماء (إجهاد نقص الماء/زيادة الماء الحر)، واحتراق الجذور (ارتفاع التوصيل الكهربائي وانخفاض درجة الحموضة)، وغيرها من المشاكل. ونظرًا لتأخر ظهور أعراض خلل النبات الناتج عن اختلال التوصيل الكهربائي ودرجة الحموضة في منطقة الجذور، فإن ظهور المشكلة يعني استمرار هذا الخلل لعدة أيام، مما يستلزم وقتًا لعودة النبات إلى وضعه الطبيعي، وهو ما يؤثر سلبًا على المحصول وجودته. لذا، من المهم فحص التوصيل الكهربائي ودرجة الحموضة في الماء الداخل والخارج يوميًا.

نهاية

[معلومات مُقتبسة] تشن تونغ تشيانغ، شو فنغ جياو، ما تي مين، وآخرون. طريقة التحكم في الموصلية الكهربائية ودرجة الحموضة في منطقة جذور الطماطم المزروعة بدون تربة في البيوت الزجاجية [J]. هندسة التكنولوجيا الزراعية، 2022، 42(31): 17-20.