​

Уровни PH почвы и питательного раствора являются важными аспектами хорошего графика кормления. 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, как мы далее сможем наблюдать.


Чтобы лучше понять влияние рН на урожайность, сначала нужно определить, что есть рН. Уровень рН, стандартное измерение кислотности, был разработан 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.



Рисунок 1: Это цветная микрофотография микоризы, полученная при помощи электронного микроскопа (SEM); Микориза – это симбиотическая связь между почвенными организмами и корнями растения. Грибок (микроорганизм) способен получить доступ к питательным формам, недоступным для растения, обрабатывать их и отправлять их к корням. Микоризы предпочитают слегка кислотную среду для оптимального роста.

Растение может влиять на жизнь почвы в своей ризосфере
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, гровер 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.


Рисунок 2: 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.


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.
Экссудаты


Рисунок 3: Это изображение показывает вам, что для каждого катиона (синего), который забирает растение, он выделяет катион типа H +. Для каждого аниона (красного), который забирает растение, происходит высвобождение гидроксида (например, OH-) иона. Таким образом, чистый заряд растения всегда остается в равновесии. Однако побочным эффектом этого является то, что экскретированные ионы влияют на рН ризосферы в субстрате. Когда растение выделяет катион, рН вблизи корней уменьшается. Экскреция анионов повысит рН вблизи корней.

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.

Уровни рН влияют на доступность питательных веществ и рост растений
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.


Рисунок 4: Большинство питательных веществ для растений доступны в диапазоне рН 5,2 и 6,2.

Как и почему как правило изменяется рН в гидропонных системах выращивания
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).


Рисунок 5: Эта диаграмма поможет вам выявить недостаток питательных веществ.
Что произойдет, если pH слишком высокий или низкий, и как распознать симптомы
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.

​

Легализация использования каннабиса в медицинских и рекреационных целях во многих регионах мира создаёт высокий спрос на исследования, направленные на повышение урожайности и качества. Из-за нехватки научной литературы по этой теме в этом исследовании изучалась взаимосвязь между интенсивностью света и фотосинтезом, урожайностью соцветий и качеством соцветий каннабиса, выращенного в помещении.




Все существующие исследования демонстрируют исключительно высокую способность каннабиса превращать PAR (фотосинтетически активная радиация) в биомассу. Однако есть также явные пробелы в знаниях о фотосинтезе каннабиса и реакции на увеличение интенсивности света. Кроме того, продукты каннабиса являются очень дорогим товаром по сравнению с другими культурами, выращиваемыми в закрытых помещениях. Это означает, что производители могут быть готовы согласиться на значительно более высокие производственные затраты, связанные с освещением, чтобы способствовать повышению урожайности на ограниченных площадях выращивания.

Однако максимизация урожайности независимо от затрат не является приемлемой бизнес-моделью для большинства производителей каннабиса; скорее, существует компромисс между производственными затратами и урожайностью сельскохозяйственных культур путём выбора оптимальной интенсивности света на уровне растительного покрова, который максимизирует чистую прибыль.

Цели этого исследования состояли в том, чтобы установить взаимосвязь между интенсивностью света на уровне растительного покрова, фотосинтезом на уровне листьев, а также урожайностью и качеством каннабиса лекарственного типа. Ученые изучали, как стадия роста растений и локализованный PPFD (фотосинтетический фотонный поток) на листве влияют на фотосинтетические параметры и морфологию листьев, а также как выращивание каннабиса при средних PPFD на уровне полога в диапазоне от 120 до 1800 мкмоль · м−2 · с−1 повлияло на морфологию растений, урожайность и качество соцветий.



Результаты этого исследования помогут производителям каннабиса в домашних условиях определить, сколько PAR должны получать растения, чтобы максимизировать прибыль при минимальном использовании энергии в рамках своих конкретных сценариев производства.


Исходные данные

Испытательная зона состояла из двух смежных глубоководных бассейнов для культивирования, расположенных в помещении по производству каннабиса в Южном Онтарио, Канада. Каждый бассейн (14,6 × 2,4 м) состоял из 24 параллельных полистирольных плотов (0,6 × 2,4 м), каждый из которых содержал отверстия для 16 горшков с растениями, расположенных в два ряда с интервалом 30 см как внутри, так и между рядами. Это расстояние обеспечивало равномерное размещение 384 растений внутри каждого бассейна при плотности 0,09 кв. м/растение.
Свет: Lumigrow Pro Series Pro 325 LED Lighting Systems
Сорт: Stillwater


Схема световой стойки (восемь светодиодных светильников) над одной третью глубоководного резервуара для культивирования. Вся зона выращивания состоит из шести таких легких стоек. Исследуемые растения выделены синим цветом, серые — необрабатываемые растения.


Фотосинтез листьев

Кривые светового отклика листа, построенные для разных интенсивностей света и на разных стадиях роста (неделя 1, 5 и 9), в целом были выше для растений, выращенных в условиях высокой и низкой LPPFD. Особенно после того, как растения привыкли к новым условиям освещения (например, на 5-й и 9-й неделе).


Типичные кривые светового отклика [реакция чистой скорости обмена CO2 на интенсивность света] самых молодых полностью развернутых веерных листьев каннабиса, выращенных при низкой или высокой плотности потока локализованных фотосинтетических фотонов (LPPFD). Низкий и высокий LPPFD составляли 91 и 1238 мкмоль · м−2 · с−1 соответственно. Измерения проводили в течение 5-й недели после начала 12-часового фотопериода.


Индекс содержания хлорофилла и морфология растений

Не было выявлено никакого влияния интенсивности света на содержание хлорофилла ни в верхней, ни в нижней части растений. Однако в течение каждой недели содержание хлорофилла в верхней части растений было выше, чем в нижней части.


Удельный вес (SLW, в пересчете на сухой вес) молодых, полностью развернувшихся листьев каннабиса в ответ на среднюю плотность потока фотосинтетических фотонов (APPFD), измеренный на 35-й день после начала 12-часового фотопериода. Каждый элемент данных представляет собой веерный лист одного растения.


Эскизы растений, выращенных в условиях низкой (A) и высокой (B) плотности потока фотосинтетических фотонов (APPFD), через 9 недель после начала 12-часового фотопериода.

Урожайность и качество

Урожайность каннабиса линейно увеличивалась с 116 до 519 г · м-2 (т.е. в 4,5 раза) по мере увеличения APPFD со 120 до 1800 мкмоль · м-2 · с-1.
Индекс урожая линейно увеличивался с 0,560 до 0,733 и (т.е. в 1,3 раза выше) по мере увеличения APPFD со 120 до 1800 мкмоль · м−2 · с−1.


Взаимосвязь между средней плотностью потока фотосинтетических фотонов (APPFD), применяемой на стадии цветения (81 день), и сухой массой соцветий (A) , индексом урожая (общая сухая масса соцветий / общая сухая масса над землей) (B) и плотностью апикальных соцветий (в расчете на сырой вес) (С). Каждая система данных — это отдельное растение.


Каннабидиоловая кислота (CBDA) была доминирующим каннабиноидом в высушенных соцветиях; однако не было обнаружено влияния APPFD на эффективность любого из измеренных каннабиноидов.
Из-за линейного увеличения урожайности соцветий с увеличением интенсивности света урожай каннабиноидов (г · м-2) увеличился в 4,5 раза, поскольку APPFD увеличился со 120 до 1800 мкмоль · м-2 · с-1. Мирцен, лимонен и кариофиллен были доминирующими терпенами в собранных соцветиях. Активность общих терпенов, мирцена и лимонена линейно увеличивалась с 8,85 до 12,7, от 2,51 до 4,90 и от 1,05 до 1,60 мг · г-1 (т.е. в 1,4, 2,0 и 1,5 раза выше), соответственно, по мере увеличения APPFD от 120 до 1800 мкмоль · м−2 · с−1.
Не обнаружено влияния APPFD на эффективность других индивидуальных терпенов.


Выводы



Урожайность соцветий каннабиса пропорциональна интенсивности света

Фактически, в пределах диапазона практических уровней PPFD в помещении, чем больше света предоставляется, тем пропорционально выше будет увеличение урожайности. Следовательно, вопрос об оптимальной интенсивности света может быть сведен к более практическим функциям экономики и ограничений инфраструктуры: в основном, какую мощность освещения производитель может позволить себе установить и запустить? Это становится компромиссом между постоянными затратами, на которые относительно не влияют урожайность и прибыль (например, стоимость аренды здания / владения, включая налог на имущество, лицензирование и администрирование) и переменными затратами, такими как вводимые ресурсы (например, удобрения и электричество) и труд.

Увеличение интенсивности света улучшает качество соцветий

Помимо простого урожая, увеличение интенсивности света также повысило качество урожая за счёт более высокой плотности верхушечных соцветий и увеличения соотношения соцветий к общей надземной биомассе. Линейное увеличение индекса урожая и плотности апикального соцветия с увеличением интенсивности света указывает на сдвиги в разделении биомассы в пользу генеративных тканей — обычная реакция у травянистых растений.
Активность терпенов, в основном, мирцена, лимонена и кариофиллена, увеличилась на ≈25%, когда APPFD увеличился со 130 до 1800 мкмоль · м−2 · с−1, что может привести к усилению ароматов и повышению качества экстрактов.
Связь между интенсивностью света и содержанием каннабиноидов (ТГК и КБД) не была обнаружена.

Морфология листьев

Исследование демонстрирует, что растения, выращенные при более высоких показателях интенсивности света, имели более короткие междоузлия, более мелкие листья и гораздо более крупные и плотные соцветия (что приводило к более высокому индексу урожая), особенно на верхушке растения. Как и многие другие виды растений, каннабис обладает огромной пластичностью, что позволяет ему быстро адаптировать свою морфологию и физиологию как на уровне листа, так и на уровне всего растения к изменениям в условиях освещения при выращивании.