Регулирование рН и питание растений. Часть 2. Качество воды. От Била Арго, Ph.D

Качество воды является ключевым фактором, влияющим на рН и на управление питательными веществами. Одной из проблем является то, что качество воды в вашем кране может существенно отличаться от воды в кране вашего соседа, и, конечно, от воды теплиц в других местах, как внутри, так и за пределами США. Диапазон качества воды, используемой в коммерческих теплицах в США, можно найти в таблице 1. При использовании дождевой воды (не в крупных городах) или воды, полученной после очистки обратным осмосом, вода будет иметь рН в диапазоне от 4,0 до 5,5 (если измерять правильно), щелочность будет меньше, чем 10 частей на миллион (ppm), а концентрации других ионов будет очень низкой и несущественной. Понимание нескольких технических подробностей о качестве воды поможет вам улучшить управление питательными веществами, соответствующими вашей собственной теплице. Всегда помните, что успех или провал любого удобрения всегда будет зависеть от качества воды. В этой части мы обсудим, как качество воды влияет на рН и на управление питательными веществами.

PН и щелочность — два различных аспекта качества воды

Существует много путаницы, когда речь заходит о понимании определения рН воды и щелочности воды и важности их для здоровья ваших растений. Термин рН означает непосредственно измерение баланса между кислыми ионами водорода (Н+) и основными ионам гидроксида (ОН-), он может быть измерен с помощью рН-метра. РН раствора может составлять от 0 (очень кислый раствор) и до 14 (очень щелочной). При рН 7.0, концентрации Н+ и ОН- равны, и раствор считается нейтральным. При рН выше 7.0, концентрация ОН- выше, чем Н+, и раствор, как говорят, основной или щелочной (не путать с щелочностью). Когда рН раствора ниже 7.0, концентрация Н+ выше, чем ОН-, и раствор считается кислым. Щелочность — это мера того, сколько кислоты необходимо для понижения рН ниже определенного уровня, она также называется кислотно-буферной емкостью. Щелочность обычно измеряется с помощью тестового набора, вещества из которого (разбавленные кислоты) при добавлении к раствору меняют цвет при конкретных значениях рН. Щелочность — не конкретный ион, она включает в себя концентрацию нескольких ионов, влияющих на кислотно-буферную емкость. В большинстве случаев, ионами, которые оказывают наибольшее влияние на щелочность, являются бикарбонаты, такие как кальций, магний или бикарбонат натрия и, в меньшей степени, карбонаты кальция или натрия. Несколько других ионов, в том числе гидроксиды, фосфаты, аммоний, силикаты, сульфиды, бораты и арсенат также могут внести свой вклад в щелочность, но их концентрации, как правило, настолько низки, что они могут быть проигнорированы.
В пробе воды концентрации всех ионов, составляющих термин щелочность, объединены и представлены как эквивалент карбоната кальция (CaCO3, который является основным компонентом известняка). Щелочность, поэтому может рассматриваться как «известковое содержание» воды. Единицы, используемые в при этом — части на миллион (промилле) (ppm), мг/л, или millequivalents (meq.).

Таблица 1. Средние и медианные значения рН, ЕС, и концентрации питательных веществ воды для орошения, используемых коммерческими теплицами в Соединенных Штатах. Исследования, проведенные Bill Argo, John Biernbaum, and Darryl Warncke. (Для получения дополнительной информации см. HortTechnology 7(1):49-51).

  Единицы Средняя Медиана Диапазон
pH   7.0 7.1 2.7 to 11.3
EC (mS/cm) 0.6 0.4 0.01 to 9.8
Alkalinity (ppm) 160 130 0 to 1120
Calcium (Ca) (ppm) 52 40 0 to 560
Magnesium (Mg) (ppm) 19 11 0 to 190
Sulfur (S) (ppm) 27 8 0 to 750
Sodium (Na) (ppm) 33 13 0 to 2500
Chloride (Cl) (ppm) 33 14 0 to 1480
Boron (B) (ppm) 0.2 0.02 0 to 11.7
Floride (F) (ppm) 0.1 less 0.01 0 to 8.3
Ca:Mg Ratio 5.0 3.2 less 0.1 to 150
SAR (*)   2.6 0.7 0 to 280

* SAR : Натриево-адсорбционное соотношение. Формула, которая сравнивает концентрации натрия в комбинированной концентрации кальция и магния.

Щелочность воды имеет большое влияние на рН субстрата.

Когда речь заходит об управлении рН субстрата, концентрация щелочности имеет гораздо больший эффект, чем рН воды. Щелочность (бикарбонат кальция, магния гидрокарбоната, и бикарбонат натрия) и известняк (карбонат кальция и карбонат магния) реагируют очень похоже при добавлении в субстрат. И когда в поливочной воде слишком много известняка (жесткая вода, много быстрорастущей накипи на спирали электрочайника), то использование такой воды может вызвать превышение допустимых норм рН субстрата и негативно повлиять на здоровье растения. Иными словами, жесткая вода гораздо хуже для растения, чем несоблюдение PH воды. Например, если уровень известняковых включений 5 фунтов на кубический ярд будет поставлять около 100 meq известняка на 6 дюймов (15 см) горшок. Полив того же горшка 16 жидких унций (0,5 литра) воды, содержащей 250 частей на миллион щелочности, даст около 2,5 meq извести. Кажется, что это не так много, но после 10 поливов уровень включения известняка увеличится на 25%. Даже если вы пользуетесь полностью инертным субстратом, из-за известкования субстрата и высокой щелочности воды рН вашего субстрата может вырасти до неприемлемого уровня.

Не стоит игнорировать PH воды.

Ph воды по — прежнему важна для растениеводства. Хотя она мало влияет на субстрат, однако рН воды влияет на растворимость удобрений, а также эффективность инсектицидов и фунгицидов. Обычно, чем выше рН воды, тем ниже растворимость этих материалов.

Минимизация последствий высокой щелочности

Общей проблемой, связанной с высокой щелочностью, является его тенденция к увеличению pH субстрата. Высокий pH субстрата может стать причиной дефицита микроэлементов в контейнерной культуре, потому что при увеличении рН субстрата снижается растворимость микроэлементов. В коммерческих теплицах наиболее распространенным методом минимизации «эффекта известкования» является добавление сильной минеральной кислоты (обычно серной или фосфорной кислоты) непосредственно в поливную воду. При уменьшении рН воды щелочность нейтрализуется. Идеальная концентрация щелочности будет зависеть от вида используемого удобрения (этот вопрос рассмотрен в 3 части статьи). Вся щелочность нейтрализуется, когда рН воды достигает 4,5. Более подробную информацию об инъекциях сильных минеральных кислот в поливную воду, вы можете прочитать в «acid addition calculator» из Purdue University and North Carolina State University http://www.ces.ncsu.edu/depts/hort/floriculture/software/alk.html Для небольших теплиц и любителей использование сильных минеральных кислот может быть очень трудным и опасным. Трудно, потому что это кислоты высокой концентрации и, следовательно, их проблематично добавлять в небольшие объемы воды, и опасно, потому что небольшим теплицам и любителям обычно не хватает специального оборудования, необходимого для безопасной работы. Некоторые кислоты, такие, как безводная соляная кислота или безводная уксусная кислота, не должны использоваться потому, что они не только едкие, но и дымящиеся, что делает их чрезвычайно опасными в обращении. Азотная кислота является особенно опасной и никогда не должна быть использована. Существуют альтернативы добавлению минеральных кислот для контроля щелочности. Первая — это использование слабых органических кислот, таких, как лимонная кислота. Лимонная кислота выпускается в чистой гранулированной форме. Чтобы удалить 50 ppm щелочности, потребуется около 0.2 грамма гранул на литр воды. Предварительно смешанные растворы лимонной кислоты (Seplex, GreenCare), также могут быть рекомендованы для контроля щелочности. Другие органические кислоты, такие, как уксус или лимонный сок, будет работать, но из-за того, что концентрация кислоты в этих растворах непостоянна, (например, содержание уксусной кислоты в уксусе может колебаться от 4% до 8% по весу), результаты, которые вы получите, могут не соответствовать ожидаемым. Наиболее практичное решение — использование растворов и веществ, специально созданных для небольших теплиц и любителей. Можно рекомендовать растворы PH Down и PH Up, выпускаемые фирмой GHE и имеющиеся в продаже в нашем магазине. Еще один вариант для контроля за щелочностью заключается в использовании кислых удобрений (этот вопрос освещён более подробно в 3 части). Удобрения с высоким содержанием аммиачного азота дают кислую реакцию при добавлении в субстрат и могут быть использованы для нейтрализации щелочности воды. Например, в удобрении 20-20-20 (69% NH4-N) есть достаточно много кислоты для нейтрализации щелочности в растворе с водой, содержащей около 200 ppm щелочности без дополнительного подкисления. Однако существует несколько недостатков использования удобрений для контроля за щелочностью. Удобрения с высоким содержанием аммиачного азота могут привести к чрезмерному росту растений и не являются эффективными, когда температура субстрата меньше 15.5C. Кроме того, вы теряете гибкость, поскольку вы можете выбрать коммерческое удобрение только по аммиачной основе, и они не будут комплексными. Например, удобрениям с высоким аммиаком, доступным в продаже, как правило, не хватает кальция и других ключевых питательных веществ. Еще один вариант контроля за щелочностью заключается в изменении поливочной воды. Дождевая вода или вода после фильтра обратного осмоса содержат мало какой-либо щелочности. К недостатку использования такой воды можно отнести расходы на производство и проблемы с хранением. Изменение источника воды повлечет за собой изменение состава применяемого раствора удобрений.

Единицы измерения для жесткости воды.

Концентрация щелочности воды (или любых других растворов питательных веществ для растений) может быть выражена различными способами. 1) Части на миллион (промилле (ppm) или мг/л). Одна часть на миллион это когда 1 единицу чего-то растворяют в млн. единиц чего-то другого. В случае растворения в воде, 1 промилле равна 1 мг на 1 млн мг (или 1 кг = 1 л) воды. Так, 1 промилле равен 1 мг/л. 1% раствор (1 единица в 100 единиц) эквивалентна 10 000 частей на миллион. 2) Мэкв (mEq./литр). Термин mEq./литр — химический термин, который зависит не только от концентрации веществ, но и от его молекулярной массы и заряда. В случае щелочности, 50 ppm (или мг/л) СаСО3 равна 1 mEq/l CaCO3. Иногда концентрация бикарбонатов также сообщается в тестах воды из коммерческих или муниципальных лабораторий. В большинстве случаев, бикарбонат составляет большую часть щелочности. 61 ppm бикарбоната равна 1 mEq/l щелочности. 3) Зерна на галлон (GPG): устаревший термин для выражения концентрации. 1 GPG = 17,1 промилле. Чтобы сравнить влияние рН воды или щелочности на способность повышать рН (или нейтрализации кислоты) в среде, 50 ppm щелочности (низкая щелочность) будет аналогична воде с рН 11 (то есть чрезвычайно высоким рН). Реально этот термин не используется.

Эффект низкой щелочности.

Не везде в мире вода с высокой щелочностью. В одних только Соединенных Штатах, в таких штатах, как AL, AR, Калифорния, Колорадо, Джорджия, Гавайи, Северная Каролина, Нью-Джерси, Нью-Йорк, Вирджиния, а также в штатах Новой Англии, вода имеет щелочность ниже 40 ppm и ею можно поливать без подкисления. Даже в районах, где высокая щелочность считается нормой, многие растениеводы перешли на воду с низкой щелочностью, такой, как вода, очищенная обратным осмосом или дождевая вода. Основная проблема, связанная с низкой щелочностью воды, является тенденция к падению pH субстрата с течением времени, что может вызвать проблемы с токсичностью микроэлементов. Как правило, эта проблема происходит из-за неправильного выбора удобрений. Удобрения с высоким содержанием аммиачного азота являются кислотными, и без какой-либо щелочности в воде, с течением времени, pH субстрата будет снижаться и может достичь недопустимых значений.

А как насчет жесткости?

Жесткость — это мера способности воды формировать накипь в трубах, образовывать мыльную пену или оставлять пятна на листьях. Единицы измерения жесткости, как и щелочности, эквивалентны карбонату кальция (CaCO3). Однако, в то время как щелочность — это мера всех химических оснований в воде (бикарбонаты и карбонаты), жесткость — мера комбинированной концентрации кальция и магния в воде в виде нерастворимых солей, таких, как карбонат кальция, которые и формируют накипь. Для смягчения воды, как правило, используются специальные смягчители для удаления жесткости. При этом ионы кальция и магния заменяются на ионы, которые не вызывают накипи, такие, как натрий и калий. Тем не менее, с удалением жесткости карбонаты и гидрокарбонаты все еще остаются в воде, но они изменяются из бикарбонатов кальция и магния на бикарбонаты натрия или калия. Таким образом, удаление жесткости не влияет на регулирование рН. По сравнению с контролем щелочности, кислота, используемая для нейтрализации карбонатов или бикарбонатов, будет влиять на регулирование рН, но концентрации кальция и магния остается неизменной.

Что еще важно в моей воде?

Электропроводность (ЕС, также известна как проводимость или растворимость солей) — термин, используемый для измерения общей концентрации солей в воде. Чем выше ЕС, тем больше солей может быть растворено в воде. ЕС используется для определения потенциального риска накопления соли в субстрате при поливе. ЕС может быть напрямую связана с концентрацией отдельных питательных веществ (обычно азота) из различных солей удобрений или с полной концентрацией питательных веществ, поставляемых водорастворимыми удобрениями. Единицы измерения электрической проводимости изменились за эти годы. Двадцать лет назад единицами измерения ЕС были millimhos (mmhos) или микромо (.Mhos). В настоящее время, единицы измерения, используемые для измерения ЕС — миллисименс/см (мСм/см), микросименс/см (.S/см), или десисименс/м (DS/м). Преобразования для всех этих единиц 1000 Mhos = 1000 S/см = 1 mmhos = 1 мСм/см = 1 DS/м. Термином, тесно связанным с ЕС, является общее количество растворенных твердых веществ или TDS. TDS метр измеряет меры ЕС, а затем преобразует измерения в ppm, умноженную на константу, как правило, 1 мСм/см = 1000 ppm солей. Проблема измерения TDS в том, что константа основана на одной соли (хлористого калия), и поэтому измерения TDS не точны при оценке фактической концентрации солей удобрений в большинстве ситуаций. Важно помнить, что измерения TDS используются для определения приемлемости питьевой воды, а не растворов удобрений. По этим причинам коммерческие теплицы используют измерения ЕС, а не TDS. Другим важным фактором является концентрация отдельных питательных веществ для растений. В общем, поливная вода не является значительным источником важнейших макроэлементов, таких как азот (N), фосфор (P), и калий (К). Тем не менее, поливная вода может содержать достаточно большое количество таких, не менее необходимых питательных веществ, как кальций (Ca), магний (Mg) и сера (S). И так же, как щелочность, концентрация питательных веществ, содержащихся в поливной воде, может значительно варьироваться между различными местами (Часть 1. Таблица 1. Средние и медианные значения рН, ЕС, и концентрации питательных веществ воды для орошения, используемых коммерческими теплицами в Соединенных Штатах). Поливная вода может быть важным источником кальция, магния, серы или может значительно изменять общие концентрации этих веществ в поливочном растворе. Другими словами, водорастворимые удобрения, которые применяются (например, 30-10-10) — не единственный источник питания. Однако, если вы используете очень чистую, обессоленную воду, такую как дистиллированную, воду после очистки обратным осмосом или дождевую, единственным источником этих питательных веществ могут быть удобрения.

Отходы ионов

Некоторые ионы, содержащиеся в поливочной воде, либо не нужны растениям, либо потребность в них настолько низка, что требуется минимальное их количество. Примеры таких ионов: ионы натрия (Na) или хлора (Cl). Обычно их присутствие в поливочной воде при высоких концентрациях увеличивает риск засоления субстрата. Даже кальций, магний и серу можно считать ионными отходами, если их концентрация слишком высока, и очень трудно сбалансировать их концентрации в питательном растворе с водорастворимыми удобрениями. Для большинства ионов (в том числе Na, Cl, Ca, Mg, или S), чрезмерная концентрация может быть удалена при фильтрации обратным осмосом. Высокой концентрацией солей также можно управлять путем выщелачивания. Но ошибки в концентрации щелочи могут привести к необратимым последствиям и гибели растений. Бор (B) — особый пример остаточных ионов. Несмотря на то, что он является одним из важнейших питательных веществ для растений, наличие бора в поливной воде при высокой концентрации может вызвать значительные проблемы. К сожалению, разница между недостаточным, адекватным и токсичным уровнями бора, очень малы. В общем, рекомендуется, чтобы максимальная концентрация бора в воде, используемой для растений, была бы не более 1,0 ppm. В отличие от большинства других остаточных ионов, ионы бора не могут быть эффективно удалены с помощью фильтрации обратным осмосом. Вместо этого, единственным вариантом управления чрезмерным уровнем бора является поддержание рН субстрата выше 6,0 и использование минеральных удобрений на основе кальция. Идея в том, что высокое значение рН и кальция будет вызывать осаждение избыточного бора из раствора, что сделает его недоступным для растений. Другой вариант борьбы против высокого бора в воде заключается в смене источника воды. Высокие концентрации железа (Fe) в поливочной воде обычно не влияют на питание растений или управления рН. Тем не менее, избыточное железо может вызвать проблемы окрашивания листьев и других поверхностей растений, а наличие железа в воде может привести к росту железофильных бактерий в трубах, которые могут засорять сопла туманных разбрызгивателей или чего-нибудь еще с небольшими отверстиями и которые окисляют воду. Озонирование или внесение перманганата калия, которые окисляют воду, помогут эффективно удалять железо из воды. Фтор (F) и хлор (Cl2), как правило, добавляются в муниципальную воду в концентрации до 4 ppm и могут стать причиной проблем. Высокий уровень (выше 1 ppm) фтора и хлора может привести к повреждению листьев (особенно их кончиков) и цветков. Однако, эти элементы легко удалить из воды с помощью фильтрации через активированный уголь.

Тестирование воды — это лишь отправная точка.

Получение теста воды является первым важным шагом в определении работоспособности вашей программы полива и кормления растений. Большинство водных источников (за исключением дождевой воды), склонны к изменениям. В коммерческих теплицах рекомендуется делать анализ воды не реже одного раза в год, чтобы убедиться, что источник воды не меняется или, если он меняется, внести коррективы в программу питания. Не менее важным является понимание того, как ваши удобрения влияют на рН и питание и сами по себе, и через их взаимодействие с водой.

Где взять тест воды?

Тип тестирования должен определять, является ли вода приемлемой для ваших растений, например, для теплиц и питомников, а не пригодность воды для питья (есть разница). Тест должен включать, рН воды, ЕС, и концентрация (в ppm или мг-экв/л) щелочности (и/или бикарбонатов), азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, марганец, цинк, медь, бор, натрия, хлора и фтора. В каждой стране или даже отдельном крупном городе при муниципалитетах есть ряд испытательных лабораторий, которые тесно сотрудничают с коммерческими оранжереями и питомниками и хорошо знакомы со многими из вопросов, обсуждаемых в данной статье. Так, в США : A & L Southern Laboratory Pompano Beach, FL Lgriff6250@aol.com 954-972-3255 J.R. Peters Laboratory Allentown, PA www.jrpeterslab.com 800-743-4769 Micro-Macro International Athens, GA www.mmilabs.com 706-548-4557 Quality Analytical Laboratories Panama City, FL www.qal.us 850-872-9535 Soil and Plant Laboratories, Inc. Orange, CA www.soilandplantlaboratory.com 714-282-8777 Стоимость теста воды будет варьироваться от 25$ до 100$ за образец. Помните, что UPS и FedEx могут доставить ваши пробы в любую точку. Во многих учебных заведениях существуют испытательные лаборатории, там вы также можете протестировать свою воду. Компании питьевой воды тоже могут выполнить тестирование воды, но они тестируют воду на пригодность для питья, а вам нужен совершенно другой тест. Если вы хотите выращивать растения, нужен тест лучший и более точный, чем тестирование на пригодность для питья. Ну и, наконец, наиболее очевидный способ получения тестов — обратиться в соответствующий отдел при министерстве сельского хозяйства по месту жительства.

arrow-r2lПредыдущая часть

arrow-l2rСледующая часть