فرمول محلول‎های غذایی در کشت هیدروپونیک

در اواخر قرن نوزدهم با شناخت مواد غذایی پرمصرف و بعدها نیاز به مواد کم‌مصرف و فراهم نمودن شرایط تهویه مناسب در محلولهای غذایی بطور مصنوعی سیکل کامل تولید از مرحله سبز شدن تا مرحله باردهی و مرگ از نظر علمی در حوالی سالهای ۱۹۳۰ ـ ۱۹۲۰ امکان‌پذیر اعلام گردید. اصطلاح هیدروپونیک(Hydroponicum) اولین بار بوسیله Gericke پیشنهاد شد که او موفق گردیده بود در کالیفرنیا تولید نباتات را در معیار تجارتی بدون استفاده از خاک از رشد اولیه تا مرحله باردهی نشان دهد. این اصطلاح مجموعه‌ای است از یک لغت یونانی Hydro یعنی آب و کلمه لاتین Ponero یعنی جای دادن که بطور خلاصه مفهوم قرار گرفتن چیزی در آب از آن استنباط می‌گردد.
هنگامی که استفاده از روش آب کشت و تولید محصولات کشاورزی بدون استفاده از خاک مطرح می‌شود این سوال ظاهرا بسیار ساده پیش می‌آید که وقتی میلیونها هکتار زمین مزروعی وجود دارد که قسمتی هم بدون استفاده مانده، وقتی خاک به عنوان منبع مواد غذایی گیاهان و محیط طبیعی رشد آنها به بشر ارزانی شده چرا به جای استفاده از آن به دنبال روش تولید بدون استفاده از خاک برویم؟ پاسخ این سوال در مواردی که جامعه مصرف کننده مثلا سبزیجات تازه به دلایل صنعتی ، تجارتی ، نظامی و غیره در منطقه بدون خاک مزروعی مستقر شده و یا دسترسی با آب ارزان قیمت نداشته و مسائل حمل و غیره مطرح باشد نسبتا آسان است.

فرمول محلول های غذایی معمولاً به صورت قسمت در میلیون براي هر عامل مورد نياز بيان می‎شوند. یک قسمت در میلیون (پي‎پي‎ام يا ppm) به معنای یک قسمت از یک عامل در يك میلیون قسمت از عامل دیگر است. ممکن است مبناي اندازه‎گيري وزن باشد مثلاً µg/g 1 (1 میکرو گرم در گرم) و یا وزن– حجم باشد مثلاً mg/l 1 (1 ميلي‎گرم در لیتر) و یا حجم– حجم باشد. مثلاً µl/l 1 (1 میکرو لیتر در لیتر)

۱µg/g=1÷۱۰۰۰۰۰۰ g ÷ ۱ g = 1/1000000 g
۱ µl/l=1÷۱۰۰۰۰۰۰ l ÷ ۱ l = 1/1000000 l
۱ mg/l=1÷۱۰۰۰ g, 1 l=1000 ml
بنابراين: ۱ mg/l=1÷۱۰۰۰ g ÷ ۱۰۰۰ ml H20=1÷۱۰۰۰۰۰۰ g
زيرا يك ميلي‎ليتر آب يك گرم وزن دارد.
۱-۵-۳٫ وزن اتمی و مولکولی
وزن اتمی و مولکولی هر عنصر و تركيبي باید در محاسبه فرمول غذايي و نیازهای گیاه در نظر گرفته شود. وزن اتمی بیانگر وزن نسبي اتم‎های مختلف است؛ یعنی وزن يك اتم با ساير اتم‎ها مقایسه می‎شود. جدول وزن‎‎های اتمی برای هر اتم با انتخاب يك واحد نسبي منتشر شده است. بنابراین، یک عامل به عنوان استاندارد و پایه برگزیده می‎شود و سایر عامل‎ها با آن مقایسه می‎شوند. اکسیژن (O) با وزن دقيق ۱۶ در گذشته به عنوان وزن اتمی پایه برگزیده شده بود و سایر عناصر با آن سنجیده می‎شدند. جدول ۵-۳ لیست وزن‎‎های اتمي عناصر مورد استفاده در هیدروپونیک را نشان مي‎دهد.
هنگامی که تعدادی از اتم‎ها به هم می‎پیوندند، مولکول را پدید می‎آورند که با فرمول مولکولی شناخته می‎شوند مثلاً برای فرمول آب H2O است که بیانگر ۲ اتم هیدروژن (H) و یک اتم اکسیژن (O) است. وزن هر فرمول مولکولی، وزن مولکولی آن است كه از جمع وزن اتمي اتم‎هاي سازنده مولكول به دست مي‎آيد. وزن مولكولي آب، ۱۸ است (دو اتم هیدروژن که وزن هر یک ۱ است و یک اتم اکسیژن که وزن آن ۱۶ است). وزن مولکولی کودهای معمول مورد استفاده در هیدروپونیک در جدول ۱-۳ آمده است. وزن اتمی عوامل عناصر در جدولها و جدول تناوبی عناصر شیمیایی آمده است.

      نيترات كلسيم= Ca(NO₃)₂

نكته: دو اتم نيتروژن و ۶ اتم اكسيژن در نيترات كلسيم وجود دارد.

اگر يك فرمول غذايي نياز به كلسيم با غلظت ppm 200 (mg/l 200) داشته باشد، يعني ما در هر ليتر آب، ۲۰۰ ميلي‎گرم كلسيم لازم داريم. در ۱۶۴ ميلي‎گرم از Ca(NO3)2، ۴۰ ميلي‎گرم كلسيم وجود دارد (با استفاده از وزن اتمي و مولكولي براي تعيين درصد كلسيم در نيترات كلسيم، اگر Ca(No3)2 كاملاً خالص داشته باشيم). اولين قدم، محاسبه مقدار مورد نياز Ca(No3)2براي به دست آوردن ۲۰۰ ميلي‎‎گرم كلسيم است. با استفاده از محاسبات زير اين كار انجام مي‎شود:
مي‎دانيم كه ۱۶۴ ميلي‎گرم نيترات كلسيم داراي ۴۰ ميلي‎گرم كلسيم است.
چند ميلي‎گرم نيترات كلسيم داراي ۲۰۰ ميلي‎گرم كلسيم است؟ کلسیم نیترات کلسیم mg 40 mg 164
mg 200 x
در نتيجه طرفين و وسطين: ۱۶۴Ï۲۰۰=x40 و mg 820 = x
بنابراین mg820 از Ca(No3)2 دارای mg200 كلسيم است. اگر mg820 از Ca(NO3)2 در ۱ لیتر آب حل شود، محلول حاصل دارای کلسیم با غلظت (mg/l) ppm 2000 خواهد بود. که این محاسبه در صورتی است که نیترات كلسيم ۱۰۰% خالص باشد و در غير اين صورت لازم است که میزان بیشتری از نيترات كلسيم را به علت ناخالصی اضافه شود. مثلاً اگر Ca(No3)2 داراي خلوص ۹۰۰% بود لازم است تا میزان زیر اضافه کنیم:
نيترات كلسيمmg ۹۱۱=۸۲۰ Ï ۹۰/۱۰۰
يعني ۹۱۱ ميلي‎گرم نيترات كلسيم در يك ليتر آب، ppm 200 كلسيم مي‎دهد.
البته در بیشتر موارد، حجمی بیشتر از ۱ لیتر محلول مورد نیاز است. قدم دوم، محاسبه میزان کود مورد نیاز برای حجم مورد نظر از مواد غذايي است.
در ابتدا با استفاده از سيستم متريك مانند میلی گرم بر لیتر (mg/l) محاسبه كنيد و سپس در صورت نياز به پوند بر گالن تبديل كنيد. ابتدا حجم تانک محلول غذايي را از گالن به لیتر تبدیل کنید. برای این امر به این مسئله توجه داشته باشید که بین گالن بريتانيايي (Imperial gallon) و گالن ایالات متحده (U.S gallon) تفاوت وجود دارد:
liters (l) 785/3 U.S gallon (gal) = 1
liters (l) 5459/4 Imp gallon (gal) = 1
برای مثال:
liters (l) 5/378U.S gallon = ۱۰۰
liters (l) 6/454 Imp gallon = ۱۰۰
راه حل این مسئله تبدیل کردن است. مثلاً فرض کنید که محلول ppm200 كلسيم در ۳۰۰ گالن ایالات متحده مورد نظر است:
ليتر ۵/۱۱۳۵ = لیتر ۷۸۵/۳ Ï۳۰۰ =۳۰۰ گالن امريكا
اگر ۹۱۱ ميلي‎گرم از نيترات كلسيم در هر لیتر آب مورد نیاز باشد برای ۳۰۰ گالن امريكا خواهیم داشت:
ميلي‎گرم ۱۰۳۴۴۴۰ = ۵/۱۱۳۵ Ï ۹۱۱ ميلي‎گرم
برای تبدیل به گرم (g) اين عدد را بر ۱۰۰۰ تقسیم می‎کنید چون هر mg1000= g1:
گرم ۴/۱۰۳۴ = ميلي‎گرم ۱۰۰۰÷ ۱۰۳۴۴۴۰ ميلي‎گرم
حالا براي تبديل به کیلوگرم بر ۱۰۰۰ تقسیم كنيد چون g 1000 = kg 1 :
kg ۰۳۴/۱= g1000÷g 4/1034
برای محاسبه پوند از این روابط استفاده کنید: lb 2046/2= kg 1 و g 454= lb 1 (پوند= lb)
پس Ib 28/2= Ib 278/2 =گرم ۴۵۴÷ گرم ۴/۱۰۳۴
و يا Ib 28/2 = Ib 2046/2 Ï kg 034/1
سپس پوند را به اونس تبدیل کنید: oz 16= lb 1 (۱ پوند = ۱۶ اونس)
۲ Ib + (0/28 Ib Ï ۱۶ oz = 4/5 oz)
یعنی۴/۵ oz , ۲ Ib
چون واحد پوند فقط براي وزن‎هاي زياد دقت كافي را دارد، براي مقادير كمتر از پوند بايد از گرم استفاده شود. دقت مناسب برای وزن کردن به گرم جهت وزن‎های کمتر از یک پوند، استفاده از ترازو با دقت ۱/۰ گرم است.
اگر ترکیب مورد استفاده شامل بیش از یک عنصر بود – که معمولاً به همین صورت است – قدم سوم این است که چه میزان از هر یک از عنصرهای دیگر هنگام رفع نياز به عنصر اول اضافه شده است. نیترات کلسیم شامل کلسیم و نیترات است پس قدم سوم این است که میزان نیتروژن اضافه شده را هنگامي که نیاز به کلسیم رفع مي‎شد را محاسبه کنیم.
برای این امر باید از ppm استفاده کنیم تا بتوان میزان لازم را برای هر عنصر تنظیم كنيم برای محاسبات لازم است مقدار نیتروژن در نیترات کلسیم را به صورت کسری درآورده و آن را در میزان نیترات کلسیم موجود ضرب کنیم. باید از وزن نیترات کلسیم قبل از در نظر گرفتن ناخالص استفاده کرد که میزان آن mg820 است و نه mg911:
(ppm) mg/l 140= mg/l 820Ï ۱۶۴÷ (۱۴)۲
به طور خلاصه mg/l 820 نیترات کلسیم شامل mg/l 200 کلسیم و mg/l 140 نیتروژن است (درصورت خالص بودن تركيب). سپس با در نظر گرفتن خلوص ۱۰۰ درصد آن را مثلاً برای تانکي با ظرفیت U.S gallons 300، در نظر می‎گیریم که ۲ پوند و ۵/۴ اونس (۰۳۴/۱ کیلوگرم) نیترات کلسیم، ppm 200 کلسیم و ppm 140 نیتروژن را در محلول تانک فراهم مي‎سازد.
با استفاده از ضرايب تبديل موجود در جدول ۲-۳، محاسبات آسانتر خواهد شد. نیازی به استفاده از وزن اتمی و مولکولی و اعمال آنها برای تبديل‎هاي موجود در جدول ۲-۳ که قبلاً توضیح داده شد نیست.