Przewodność elektryczna – dlaczego ma znaczenie

Przewodność elektryczna – dlaczego ma znaczenie

Przewodność elektryczna, inaczej konduktancja, to zdolność dowolnego materiału do przewodzenia energii elektrycznej. Większość hodowców przyzwyczajona jest do mierzenia liczby środków odżywczych, które podają w uncjach na galon, gramach na litr lub podobnej jednostce. Przewodność elektryczna to krok dalej. Hodowcy powinni być świadomi, co oznacza przewodność elektryczna i dlaczego ma znaczenie.

Autor: Pieter Klaassen CANNA research

Przewodność elektryczna

Miernik przewodności mierzy potencjał prądu elektrycznego przewodzonego przez wodę. Uzyskana wartość znana jest jako przewodność molowa (elektrolityczna) a mierzy się ją w siemensach (S). Elektrony są w stanie przepływać przez wodę z jednego zestawu elektrod do drugiego nie ze względu na molekuły wody jako takie, lecz dzięki jonom rozpuszczonym w wodzie. To właśnie te jony transportują elektrony.

Tym samym stężenie jonów w wodzie określa liczbę elektronów, mogących poruszać się od jednej elektrody do drugiej: im wyższe stężenie jonów, tym lepszy przepływ elektronów. Czysta woda jest bardzo słabym przewodnikiem elektryczności, w związku z czym miernik przewodności pokaże 0,0 w deszczówce, w wodzie oczyszczonej metodą odwróconej osmozy lub w wodzie demineralizowanej. Z drugiej strony słona woda morskajest znacznie lepszym przewodnikiem.

Kiedy dodamy do wody składniki pokarmowe (sole), zwiększamy potencjał przewodności molowej energii elektrycznej, a tym samym wartość przewodności elektrycznej (czy też współczynnik przewodności CF = wartość przewodności EC × 10). Na wszystkie pomiary przewodności bezpośrednio wpływa temperatura i przeprowadzając je należy na to pozwolić.

Jednostki konduktancji

Choć przewodność elektryczną można wyrazić wieloma różnymi jednostkami, to zwykle stosuje się siemens na metr kwadratowy na mol (S/m2/mol) albo milisiemens na centymetr (mS/cm). Jednostka mS/cm jest w Europie wyznacznikiem stężenia składników pokarmowych w wodzie. W Ameryce Północnej przewodność przekształca się na liczbę jonów w wodzie wyrażonych jako ppm (co można dalej przekształcać na inne jednostki, w tym mg/l itd.). W powyższym przekształceniu przewodność elektryczna zamieniana jest na wartość opartą na liczbie jonów w roztworze. Na szczęście dla zależności pomiędzy wszystkimi tymi jednostkami istnieje stały wzór, zamieszczony w poniższej tabeli.

articles-electricalconductivity_text_0

Czy wartość konduktancji jest wartością pokarmową?

Woda zawierająca sole mineralne wykazuje konduktancję. Jednocześnie, patrząc w przeciwną stronę, konduktancja nie musi oznaczać, że woda zawiera sole mineralne, które pomogą roślinom. Woda wodociągowa może zawierać sód oraz chlorek, które np. wykazują konduktancję, ale nie niosą ze sobą żadnej wartości pokarmowej dla roślin.

Nawozy są oczywiście produkowane z soli odżywczych. Każda wartość pokarmowa, którą dodajemy do wody, określana jest jako EC+ i musi zostać dodana do podstawowej przewodności wody. W ten sposób mierzymy łączną konduktancję w naszym zbiorniku z roztworem odżywczym.

Sole odżywcze są ciałami stałymi pobranymi z gleby lub uwolnionymi w przemysłowym procesie krakingu. Rozpuszczamy określoną ilość soli (w gramach) w charakterystycznej ilości wody (w litrach), co oznacza, że konduktancja również wyrażona jest gramach lub litrach. Mimo że każdy nawóz ma własną wartość nawożenia, można posłużyć się generalizacją i powiedzieć, że roztwór o przewodności 1,0 mS/cm będzie zawierał do 1,0 grama zmierzonych soli na 1 litr wody.

Wytwarzanie wysokiej konduktancji

Sól ma właściwość absorpcji wody w procesie znanym nam jako hydroliza. Garnek soli postawiony w piwnicy zmniejszy wilgotność powietrza, na przykład przyciągając wodę z otoczenia. W roztworze stężenie soli zawsze będzie dążyło do zrównania dwóch obszarów o różnym stężeniu – innymi słowami, woda przemieści się do obszaru o wyższym stężeniu. Różnica w stężeniach znana jest jako potencjał wody, pełniący rolę także dla naszych upraw w procesie zwanym osmozą.

Osmoza polega na istnieniu półprzepuszczalnych barier, umożliwiających przepływ cząsteczek wody, ale blokujących ruch jonów czy soli znajdujących się w roztworze. Jeśli w wodzie rozpuścimy dużo substancji odżywczych (a tym samym stworzymy wysoką konduktancję), sole mineralne przyciągną wodę obecną w podłożu. Utrudnia to korzeniom pobór wody z substratu. Potencjalnie może zatem wytworzyć się sytuacja, w której korzenie nie będą już w stanie pobierać wody z podłoża, nawet jeśli podłoże jest dostatecznie nawodnione. Taką sytuację nazywamy „fizjologicznym wysuszeniem” podłoża. W wyniku tego rośliny nie mają wody, umożliwiającej im chłodzenie przez transpirację (parowanie), co jest niezbędne w wysokiej temperaturze i przy naświetleniu.

Mimo, że taki efekt jest często nazywany „nadmiernym nawożeniem”, w rzeczywistości jest to wynik niedoboru wody w roślinie i wszystkich tego szkodliwych konsekwencji. W przypadku kwiatów ciętych, takich jak róże, albo w przypadku odnóżek, wyższa konduktancja w wazonie lub korku do sadzonki może wręcz wyciągać wodę z łodygi.

articles-electricalconductivity_text_1
Sól ma zdolność przyciągania cząsteczek wody. Przy dodawaniu soli do wody w prawej połowie tuby (a tym samym zwiększaniu konduktancji), cząsteczki soli będą ściągać cząsteczki wody z lewej strony, w której zasolenie jest mniejsze. Poziom wody po prawej stronie podnosi się do momentu, w którym konduktancja (stężenie wody) po obu stronach ponownie się wyrówna.

Możemy zaobserwować procesy osmotyczne w działaniu w u-rurce, jeśli oddzielimy obie strony przepuszczalną membraną, taką jak kawałek łodygi. Jeżeli teraz dodamy trochę soli po jednej stronie rurki, poziom wody po tej stronie podniesie się, ponieważ zostanie przyciągnięta woda o niższej konduktancji (niższym stężeniu soli) – patrz rys. 1. Wszystko to znaczy, że bardzo istotnym jest, aby na początku procesu wzrostu dodawać mało składników pokarmowych lub nie dodawać ich wcale.

Wewnętrzna konduktancja

Kiedy roślina pobierze składniki pokarmowe z roztworu odżywczego, musimy spróbować zwiększyć jej wartość osmotyczną (lub jej wewnętrzne stężenie soli) tak szybko, jak to możliwe. Jest to niezbędne, ponieważ wraz ze zwiększeniem objętości rośliny wskutek wzrostu i absorpcji wody, spada jej wartość osmotyczna. Sole rozprowadzają się w roślinie, która staje się bardziej miękka i jaśniejsza. To z kolei w znacznym stopniu wystawia ją na odwodnienie (więdnięcie), ponieważ woda może łatwo opuszczać roślinę.

Podanie korzeniom większej ilości składników pokarmowych proporcjonalnie wpłynie na wzrost. Po odparowaniu wody wykorzystywanej do transportu soli pokarmowych, sole pozostają w roślinie, zwiększając jej wewnętrzną konduktancję (wartość osmotyczną). Oznacza to, że hodowca może ponownie umieścić korzenie w roztworze o wyższej konduktancji.

Narastanie konduktancji

Poprzez uzyskanie tej pozytywnej spirali narastania konduktancji w roślinie, roślina staje się bardziej zdolna do absorpcji i zatrzymania wody. Oznacza to, że woda nie wyparowuje łatwo z rośliny, dzięki czemu roślina się zbyt szybko nie odwadnia. W tabeli poniżej widoczny jest przykład rośliny, która zbyt szybko utraciła rezerwy wody.

articles-electricalconductivity_text_2

Kiedy roślina staje się zbyt miękka, trzeba ograniczyć intensywność światła albo skrócić liczbę godzin, aby roślina nie wysychała na koniec dnia. Nawet jeśli konduktancja odgrywa tu istotną rolę, to nie jedyny czynnik, mający wpływ. Na procesy, w których uczestnicy konduktancja wpływ ma ogólny klimat wokół rośliny.

Potrzeby żywieniowe

Podczas narastania konduktancji wewnętrznej rośliny a następnie konduktancji podłoża ważne jest, by uwzględnić zapotrzebowanie związane ze wzrostem rośliny. To zapotrzebowanie kontrolowane jest przez asymilację. Im większa jest roślina, tym więcej potrzebuje składników pokarmowych. Składniki te są częściowo blokowane w roślinie i przekształcane na aminokwasy, białka, tłuszcze itp., ale niektóre sole odżywcze pozostają w sokach roślinnych, które determinują wewnętrzną konduktancję rośliny. Jednym z najważniejszych składników pokarmowych jest tu potas.

Po zakończeniu fazy wzrostu wegetatywnego, roślina nadal może absorbować znaczne ilości potasu, korzystnie wpływających na wewnętrzną wartość osmotyczną i zalążnie. Zalążnie nie są zapłodnionymi „nasionami”. Mimo tego ta zwiększona absorpcja kiedyś się kończy. Po ok. 60% cyklu uprawy, roślina przyjmie wystarczająco substancji pokarmowych z zasobów w podłożu. Dla hodowcy oznacza to rozpoczęcie wyścigu pomiędzy składnikami pokarmowymi a stosowaną konduktancją.

Podstawa elektromagnetyczna w doniczce

Aby zrozumieć ten wyścig, możemy posłużyć się zasadą „kubła”.

articles-electricalconductivity_text_3
Kiedy woda w podłożu wyparuje, sole pozostaną. W związku z tym, w ostatnich tygodniach wzrostu, w większości przypadków, należy przerwać odżywianie rośliny. Ponieważ jeżeli w podłożu nie ma dostatecznie dużo wody, wartość konduktancji (stężenie soli) może drastycznie wzrosnąć.

Przykład:

Mamy kubeł zawierający 10 litrów roztworu nawozu o konduktancji 2 mS/cm. Oznacza to, że kubeł zawiera 20 gramów soli odżywczych (substancji odżywczych). (2.0 g/l X 10 litrów). Jeżeli 9 litrów wody wyparuje, pozostanie 1 litr wody, o konduktancji 20 (przewodność elektryczna = 20 gramów soli w 1 litrze wody). W rzeczywistości, taki ekstremalny przypadek nie wystąpiłby, a dodatkowo – przy uprawie w glebie jest dodatkowy proces buforowania, do pewnego stopnia wiążący sole odżywcze z substratem organicznym, ale zasada nadal obowiązuje. Dodanie 9 litrów wody przywróci konduktancję do poziomu 2 mS/cm. A zatem, jeżeli musimy utrzymać konduktancję na poziomie od 2 do 4 mS/cm, musimy uzupełnić wodę po usunięciu 5 litrów (4 g/l × 5 litrów = 20 g, konduktancja 4 mS/cm).

Jeżeli w kuble jest roślina, która zaabsorbuje z roztworu 5 gramów soli, możemy to dodać przy uzupełnianiu wody, aby zachować wartość konduktancji 2.0. Jeżeli, przykładowo, wymagane jest dolanie 5 litrów wody, należy dodać 5 gramów soli, albo, mówiąc w skrócie: uzupłenić 5 litrami wody o konduktancji 1.0 (g/l) albo mS/cm. Celem w tym procesie, podobnie jest w uprawach, jest zachowanie stałej konduktancji w kuble.

To podstawowa zasada nawożenia. Staramy się utrzymać w pojemniku określony poziom substancji odżywczych, udostępniający roślinie odpowiednie zaopatrzenie w substancje pokarmowe. Mówiąc ogólnie, powinniśmy obniżyć konduktancję w ostatnim okresie. W systemie, który można opróżnić możemy sami ograniczyć substancje odżywcze przeprowadzając płukanie roztworem z niższą konduktancją. Substrat w systemach opróżnianych koryguje się łatwiej. W systemach nieopróżnianych ilość substancji pokarmowych można tylko zwiększać, dodając je stale w ramach sukcesywnych procesów żywienia. Prędzej czy później ilość substancji odżywczych osiągnie poziom, przy którym zdolność rośliny do przyjmowania wody zostanie spowolniona, a następnie całkowicie zablokowana, po czym dojdzie do odwrócenia całego procesu, czyli wypływania wody z tkanek rośliny.

Podsumowanie

Oprócz skali do pomiaru ilości nawozu podawanego roślinom, konduktancja stanowi również mechanizm kontroli klimatu, związany z absorpcją wody.

Rośliny powinny rozpoczynać wzrost przy niskiej konduktancji, która następnie powinna narastać w celu umożliwienia spełniania wymogów pokarmowych rośliny, jednocześnie zwiększając jej wewnętrzną wartość osmotyczną w celu wytworzenia silniejszej rośliny.

Roślina niemal nie wymaga dodatkowego odżywiania w ostatnich tygodniach uprawy. Do utrzymania poziomu substancji odżywczych w doniczce i zapewnienia stabilnej konduktancji wystarczy kontynuować odżywianie. Ogólnym efektem jest obniżenie konduktancji lub jej utrzymanie na stałym poziomie w ramach cotygodniowego płukania (przesączanie).

Oceń ten artykuł: 
Average: 4.5 (2 votes)