|
水是一种极弱的电解质，可以发生微弱的电离，其电离方程式为：H20→H++ OH-。pH 值表示溶液中存在的游离H+离子和 OH-离子浓度之间的关系，是衡量溶液酸度或碱度的参数，范围在0到14之间。 (pH值对无土基质中必需营养素可用性的影响) 上图显示了pH值对植物养分有效性的影响，改变营养液的 pH 值会影响其组成、元素形态和生物可利用性。元素“形态”表示元素的存在状态，例如：离子、可溶性复合物、螯合物、固相和气相以及不同的氧化态。此外，图中绿色斜线阴影为大多数温室作物推荐的pH值范围。营养液的一个重要特征是溶液中的离子和化学形式必须是可以被植物吸收的，因此在无土栽培系统中，植物生长与养分吸收和pH调节密切相关。如下所述，每种营养成分对营养液的pH值变化表现出不同的反应。
在营养液中，NH3 仅与 H+ 离子结合，介于 2 和 7 之间的 pH 值范围，NH3 完全以 NH4+ 的形式存在。将 pH 值提高到 7 以上，NH4+ 的浓度会降低，而 NH3的浓度会增加。变成气体状态的铵态氮部分将会从营养液或基质中逸出无法被作物吸收而失效。磷主要以正磷酸盐的形式被作物吸收，磷酸在溶液中有四种存在形式，H3PO4、H2PO4-、 HPO42-和PO43-，而作物主要吸收H2PO4-和HPO42-两种离子。从下图可以看出，只有当pH介于5-9之间，这两种离子存在比率最高。但是当HPO42-的浓度高于2.2mmol/L时，容易与钙镁离子发生反应生成难溶物质，所以pH在5-6之间才能保证磷酸根的有效浓度。以上举了两个例子来说明pH对营养元素有效性的影响，当pH超过7时，Fe2+、Mn2+、PO43-、Ca2+和 Mg2+离子会变成难溶状态无法被作物利用。所以对于营养液pH5.5至6.5是比较合适的范围，有利于作物吸收大部分营养离子。易普润Optifos Instant产品专为温室灌溉施肥而开发，是一种纯净且高度浓缩的磷酸盐产品，其中磷酸盐是不同多聚磷酸盐（正磷酸盐链）的混合物。当这些多聚磷酸盐进入基质中时在根系活动下分解为正磷酸盐被作物吸收，足够的磷酸盐能促进根和芽生长。而且能与溶液中的Ca、Mg离子螯合溶解在水中，显著降低钙镁沉淀，保持灌溉系统清洁免受无机污染。这个产品只需在母液配制过程中与肥料一起投入到母液罐中，易于处理和应用。
(易普润Optifos Instant产品图) 铁离子非常活跃是一个不稳定的元素，容易与 氧气反应变成铁锈(Fe203)，或者与氢氧根 离子反应变成Fe(OH)2 或Fe(OH)3沉淀。复杂的有机物(螯合物)能为植物保持铁离子的有效性，螯合物通常是带负电，并且也不会与氧气反应。
但螯合铁的稳定性高度依赖于溶液的pH，在较高pH情况下螯合物会选择与稳定系数更高的其他配合物（Ca2+或其他离子）结合，被置换释放的Fe离子会很快沉淀。
如下表所示，pH在5-6范围内时，营养液中共同存在EDTA螯合铁和EDTA螯合钙，当pH超过6时，EDTA螯合铁完全被置换为螯合钙。
不同种类的螯合铁在不同在不同pH范围中的稳定性也有所差异，所以在选择螯合铁肥料时需要综合考虑成本，灌溉水的pH范围以及是否对回液的消毒有影响等多个因素。
当母液中加入螯合类的肥料时，需要考虑螯合肥料在母液中稳定存在，不会被置换成无效形式。母液的配制过程中投入肥料的顺序也需要考虑螯合肥料，当大量元素肥料溶解后并调节pH达到合适范围时才能加入螯合铁或其他螯合肥料，可参考下表确定母液的pH。如果母液的pH很低时需要检查灌溉液的pH避免太低。
1）灌溉液常规建议pH：pH 5.0 - 6.2，最佳pH范围取决于作物、栽培基质和水质条件；2）如果营养液pH太高：pH > 6.2，最大的风险是产生沉淀和堵塞灌溉系统；3）如果营养液pH太低：pH <5.0，对于根尖酸度太低，会影响其生理活动(如蛋白质合成、酶的活性、核酸代谢、离子交换等) ，如果采用岩棉基质种植，pH太低会破坏岩棉的结构使其断裂或塌陷导致岩棉基质的保水性和透气性都受到影响，不利于作物根系的生长和活动。
首先我们可以选取不同的水源，不同的水源pH是不一样的。一般情况反渗透（RO）处理过的水偏酸，雨水和地下水有地域差异，自来水一般偏中性（pH=7左右），也可以按不同比例组合多种水源以达到最合适的灌溉液pH。
不同的肥料产品由于生产工艺和化学性质溶解到水溶中会呈现不同的酸碱性，如磷酸二氢钾、硝酸铵钙、硫酸钾等肥料的水溶液呈酸性，氯化钾、氯化钙等肥料呈碱性，通过调整不同种类肥料的用量也可以调节营养液的pH。也可以直接加酸或碱到水中来调节营养液的pH，常用的酸有硝酸、磷酸，常用的碱有氢氧化钾、碳酸氢钾。磷酸和碳酸氢钾的用量需要注意避免用量过大造成营养液中营养不平衡和沉淀问题。水中常有HCO3-离子存在，如果含量过多会使营养液的pH升高，就需要在母液罐中加入酸来降低营养液中的碳酸氢根离子含量。加酸量的快速参考值：（1）每降低1mmol/L 碳酸氢根，在1立方母液中加入85%磷酸 59ml，（2）每降低1mmol/L 碳酸氢根，在1立方母液中加入38%硝酸 122ml。同时根据灌溉水中碳酸氢根的浓度，会保留0.5 mmol/L左右的的碳酸氢根来维持营养液的缓冲性。作物根系吸收阴离子（如NO3-，SO42-）时, 为了保持电中性OH-离子就会被根系释放到根系环境中升高根系环境的pH，相反当吸收阳离子（如K+，NH4+等）时, H+离子就会被根系释放到根系环境中降低根系环境的pH。
氮元素主要以硝酸根和铵根两种离子形式被吸收，也就是我们常说的硝态氮和氨态氮，如果同时存在这两种氮源作物会优先快速吸收铵根离子，使根系环境释放出氢离子，所以也可以根据作物的生理特性和耐受程度增加一定比例的铵态氮降低根系环境的pH。
(可以提供铵态氮的几种常见肥料) 通常加入铵态氮的比例为：NO3-/NH4+ (% N)= 85:15，较高pH的时候可达75:25，偶尔也能采用50:50（根据作物而定）。果实负载较高的时候最高90:10，过多的铵根会导致钙离子的吸收受到影响，严重时会导致番茄和彩椒果实脐腐病。一般情况黄瓜等瓜类作物能忍耐较高的NH4+离子浓度，而彩椒耐受程度较低。在温室作物种植管理过程中，需要保证灌溉营养液和根系环境的pH在正常范围内，这样才能保证作物正常吸收养分实现最佳的产量和品质。Reference: 1. Douglas A. Bailey, William C. Fonteno, and Paul V. Nelson .Greenhouse Substrates and Fertilization. Department of Horticultural Science, NCSU 2. Libia I. Trejo-Téllez and Fernando C. Gómez-Merino. Nutrient Solutions for Hydroponic Systems 3. G. De Rijck and E. Schrevens. ANIONIC SPECIATION IN NUTRIENT SOLUTIONS AS A FUNCTION OF pH
|
