هدایت الکتریکی آب یا رسانایی الکتریکی که به آن EC می گویند، مخفف Electrical Conductivity است که پتانسیل هر ماده برای رسانایی الکتریکی است. اگرچه بیشتر عمل آورنده‌ها برای اندازه‌گیری مقدار تغذیه شده، به انس بر گالن، گرم بر لیتر یا واحدهای اندازه‌گیری دیگر استفاده شده‌اند، رسانایی الکتریکی مقداری فراتر از این است. برای عمل آورنده‌ها مهم است که درک خوبی از چیستی رسانایی الکتریکی و علت مهم بودن آن داشته باشند.
پس باید بدانیم چرا رسانایی الکتریکی مهم است. EC به شکل گسترده در تصفیه آب و خصوصا پس از استفاده انواع دستگاه تصفیه آب آزمایشگاهی و دقیق ، کاربرد دارد. برای درک بهتر EC در این مقاله، سعی می شود کاربرد آن در تغذیه گیاهان و همچنین تصفیه آب مورد بررسی قرار بگیرد.
رسانایی الکتریکی EC
یک رسانایی سنج EC meter ، پتانسل یک جریان الکتریکی برای انتقال از طریق آب را اندازه می‌گیرد. این را رسانایی مولار molar conductivity (رسانایی الکترولیتی electrolytic conductivity ) نیز می‌نامند و به واحد زیمنس (S) اندازه گیری شده است. الکترون‌ها می‌توانند از طریق آب از یک مجموعه الکترودها به مجموعه دیگری از الکترودها انتقال یابند، نه به دلیل خود مولکول‌های آب بلکه به دلیل یون‌های محلول در آب. این یون‌ها هستند که الکترون‌ها را حمل می‌کنند.
به همین ترتیب، غلظت یون‌ها در آب نیز تعیین کننده تعداد الکترون‌هایی است که می‌توانند از یک الکترود به دیگری بروند: هرچه غلظت یون‌ها بالاتر باشد، جریان الکترون‌ها بیشتر خواهد بود. آب خالص رسانای بسیار ضعیف الکتریسیته است، به همین دلیل EC متر در آب باران، آب اسمز معکوس یا آب بدون مواد معدنی 0.0 را می‌خواند. از طرف دیگر آب شور دریا، رسانای بهتری است.
وقتی مواد مغذی (نمک) را به آب می‌افزاییم، پتانسیل رسانایی مولار را از طریق آب برای جریان ایجاد کرده و بنابراین مقدار EC افزایش می‌یابد ( CF=EC*10 ). تمام اندازه‌های رسانایی مستقیما تحت تاثیر دما هستند و برای ایجاد آنها باید مجاز باشد.
واحدهای EC
رسانایی الکتریکی EC را می‌توان با استفاده از چند واحد متفاوت نشان داد، اما واحد معمول آن زیمنس بر متر مربع بر مول (S/m2/mole) یا میلی زیمنس بر سانتیمتر(mS/cm) است. واحد mS/cm عموما در اروپا به عنوان راهنمای غلظت مواد مغذی در آب استفاده شده است.
در امریکای شمالی، رسانایی به یک تعداد یون در آب با استفاده از ذرات در میلیون تبدیل شده (که به واحد شامل mg/l و غیره نیز تبدیل شد است). این کار با تبدیل EC به یک مقدار مبتنی بر یون‌های موجود در محلول انجام شده است. خوشبختانه، غلظت ثابتی برای رابطه بین تمام این واحدها وجود دارد که در جدول زیر آورده شده است.
آیا مقدار EC مربوط به مواد موجود در آب است؟
آبی که حاوی نمک‌های معدنی است دارای EC است اما وجود EC به تنهایی لزوما نشان دهنده موجود بودن نمک‌های تغذیهای در آب نیست، که به گیاهان کمک می‌کند. برای مثال آب لوله‌کشی می‌تواند حاوی سدیم و کلرید باشد، که یک مقدار EC دارد اما ارزش تغذیهای برای گیاهان ندارد.
البته کود از نمک‌های مغذی ساخته شده است. هرگونه ارزش تغذیهای که به آب اضافه کنیم به عنوان EC شناخته شده و باید به EC باقیمانده آب اضافه شود. بدین صورت EC کل در مخزن اندازه‌گیری می‌شود.
نمک‌های تغذیهای جامداتی هستند که از زمین استخراج شده یا توسط فرایند شکست صنعتی آزاد شده‌اند. ما مقدار مشخصی از نمک‌ها (به گرم) را در حجم مشخصی از آب (به لیتر) حل کردیم، بدین معنا که می‌توانیم از گرم یا لیتر به عنوان واحد EC استفاده کنیم. اگرچه هر کودی ارزش باروری خود را دارد، امکان تعمیم دادن آن وجود دارد و اینکه محلولی با EC 1.0 mS/cm حاوی تا 1.0 گرم نمک اندازه‌گیری در 1 لیتر آب خواهد بود.
تولید EC بالا
نمک خاصیت ایجاد جذب آب به خود را دارد، فرایندی که هیدرولیز hydrolysis نام دارد. یک گلدان نمک که در یک زیرزمین قرار گرفته باشد، با جذب آب از اتمسفر باعث کاهش رطوبت اتمسفری می‌شود. در یک محلول، غلظت نمک‌ها همیشه تلاش می‌کند بین دو ناحیه با غلظت‌های متفاوت تعادل برقرار کند، به عبارت دیگر، آب به ناحیه‌ای می‌رود که غلظت بالاتری دارد. این تفاوت در غلظت‌ها به عنوان شیب پتانسیل آب water potential gradient شناخته شده و در حاصلخیزی در فرایند به نام اسمز نقش دارد.
اسمز شامل یک مانع نیمه تراوا است که به مولکول‌های آب اجازه عبور می‌دهد اما حرکت یون‌ها یا نمک‌ها در محلول را محدود می‌کند. وقتی مواد زیادی را در آب حل می‌کنیم (تولید EC بالا)، نمک‌های مغذی آب را به خود جذب می‌کند. این باعث می‌شود ریشه‌ها به سختی، آب را از لایه زیر استخراج کنند. پس عملا می‌توانیم روی ساختن شرایطی تمرکز کنیم که ریشه‌ها دیگر قادر به استخراج هیچ آبی از لایه‌های زیرین نیستند، با اینکه لایه‌های زیر اشباع شده است. این فرایند را خشک کردن فیزیولوژیکی زیر لایه physiologically dry می‌گویند. نتیجه این است که آب بیشتری برای گیاهان وجود دارد تا خود را از طریق تعرق (تبخیر) خنک کنند که با وجود گرما و نور به انجام آن نیاز دارند.
با اینکه این اثر را معمولا بیش باروری over-fertilisation می‌نامند، در حقیقت نتیجه کمبود آب در گیاه همراه با تمام صدمات آن است. با بریدن گیاهانی مانند رز، یا بریدن گیاهان، EC بالاتر در ظرف یا درپوش، برای بریدن می‌تواند آب را از ریشه‌ها بیرون بکشد.
نمک خاصیت جذب مولکول‌های آب را دارد. وقتی نمک را به آب در نیمه درست لوله اضافه می‌کنید (در نتیجه مقدار EC افزایش می‌یابد)، مولکول‌های نمک ، مولکول‌های آب را از سمت چپ که نمک کمتری دارد، جذب می‌کنند. وقتی مقادیر EC (غلظت‌نمک) هر دو طرف برابر باشند، سطح آب در سمت راست افزایش می‌یابد.
این فرایند اسمزی را می‌توانیم در در عمل یک لوله U ببینیم، اگر دو طرف را با غشای نفوذپذیر (مثل یک قطعه ساقه) جدا کنیم. اکنون اگر مقداری نمک به یک سمت لوله اضافه کنیم، سطح آب در آن سمت افزایش می‌یابد، زیرا آب با EC کمتر (غلظت کمتر نمک) در جهت آن کشیده خواهد شد (شکل بالا را ببینید). تمام این‌ها بدین معنا است که اضافه کردن کم یا اضافه نکردن مواد مغذی در آغاز فرایند رشد مهم است.
EC داخلی
وقتی گیاه مواد مغذی را از محلول تغذیه گرفت، باید با سرعت ممکن مقدار اسمزی گیاه (یا غلظت داخلی نمک‌ها) را ایجاد کنیم. از آنجایی که با رشد کردن گیاه و جذب آب حجم آن افزایش می‌یابد، مقدار اسمزی افت می‌کند. نمک‌های درون گیاه، خود را باز توزیع کرده و گیاه نرم‌تر و رنگ آن کمتر می‌شود. این باعث می‌شود بسیار در معرض از دست دادن آب (پژمرده شدن) باشد، چون آب می‌تواند به سادگی از گیاه خارج شود.
دادن مواد مغذی بیشتر به ریشه‌ها، متناسب در رشد دیده خواهد شد. زیرا آبی که برای انتقال نمک‌های مغذی استفاده شده تبخیر شده، نمک‌ها در گیاه باقی مانده، باعث افزایش EC درونی (مقدار اسمزی) خواهد شد. این بدین معنا است که عمل آورندگان می‌توانند بار دیگر ریشه را در معرض محلولی با EC بالاتر قراردهند.
ساختن EC
با دستیابی به مارپیچ مثبت ساختن EC در گیاه، گیاه نیز بیشتر می‌تواند آب را جذب و حفظ کند. این بدین معنا است که آب به سادگی از گیاه تبخیر نشده و به سرعت دچار کم آبی نمی‌شود. جدول زیر مثالی از یک گیاه را نشان می‌دهد که آب ذخیره خود را به سرعت از دست داده است.
وقتی گیاهان خیلی نرم می‌شوند، شدت نور یا ساعات تابش باید کاهش یابد تا از خشک شدن گیاه در پایان روز جلوگیری شود. اگرچه EC نقش مهمی در این داستان دارد، اما تنها عامل تاثیرگذار نیست. آب و هوای کلی اطراف گیاه بر فرایندی اثر می‌گذارد که EC بخشی از آن است.
نیازهای تغذیهای
به هنگام ساختن EC درونی گیاه و پس از آن زیرلایه مهم است که نیاز گیاه به رشد در نظر گرفته شود. این درخواست با جذب کنترل شده است. هرچه گیاه بزرگتر شود، به مواد مغذی بیشتر نیاز خواهد داشت. این مواد مغذی تا حدی در گیاه قفل شده و تبدیل شده‌اند به آمینو اسیدها، روغن‌ها، چربی‌ها و غیره، اما برخی از نمک‌های خوراکی نیز در شیره‌ی گیاه مانده و این‌ها EC درونی گیاه را تعیین می‌کنند. پتاسیم یکی از مهمترین عناصر مغذی برای این مورد است.
وقتی گیاه فاز رشد گیاهی خود را به پایان رساند همچنان می‌تواند مقدار زیادی پتاسیم را برای اسمز درونی و تخم‌های خود جذب کند. تخم‌ها دانه‌های باورشدن نیستند. هرچند، نرخ افزایش مصرف به پایان می‌رسد. پس از تقریبا 60% چرخه کشت، گیاه مقدار کافی مواد مغذی را از ذخیره زیرلایه برداشته است. بازی ذخیره مواد مغذی در برابر EC اعمال شده اکنون برای عمل‌آورنده‌ها آغاز می‌شود.
ذخیره EC در گلدان
می‌توانیم از اصل «سطل» برای درک این بازی استفاده کنیم.
با اینکه آب در زیرلایه تبخیر خواهد شد، نمک‌ها تبخیر نمی‌شوند. پس در آخرین هفته‌های رشد، در بیشتر موارد باید دست از تغذیه گیاه برداشته و فقط به آن آب بدهید. چون اگر آب کافی در زیرلایه نباشد، مقدار EC (غلظت نمک) به شدت افزایش می‌یابد.
مثال
سطی داریم حاوی 10 لیتر محلول کود با EC 2 mS/cm . این یعنی سطل حاوی 20 گرم نمک مغذی (ذخیره مغذی) است (2.0 g/l X 10 litres). اگر 9 لیتر آب تبخیر شود، 1 لیتر آب باقی می‌ماند با EC 20 (EC= گرم نمک در 1 لیتر آب). در واقع چنین مثالی رخ نمی‌‌دهد و هنگام کشت در خاک فرایند میانگیری بیشتری وجود خواهد داشت که تا حدی مانع نمک‌های مغذی برای ذرات زیرلایه ارگانیک می شود، اما این اصل همچنان معتبر است. افزودن 9 لیتر آب EC را به 2 mS/cm برمی‌گرداند. پس اگر بخواهیم EC را بین 2 و 4 mS/cm نگهداریم، باید پس از حذف 5 لیتر دوباره آنرا پر کنیم(4 g/l x 5 litres = 20 g, EC = 4mS/cm).
اگر گیاهی در سطل باشد و 5 گرم نمک را از محلول جذب کرده باشد، می‌توانیم به هنگام افزودن آب آنرا بالا ببریم تا 2.0 EC را حفظ کنیم. برای مثال اگر 5 لیتر آب مورد نیاز باشد، باید 5 گرم نمک اضافه کنیم، یا بطور خلاصه: 5 لیتر آب با 1.0 (gr./l) یا mS/cm. هدف در اینجا و در کشاورزی، ثابت نگهداشتن EC در سطل است.
این قضیه پایه کشت است. می‌خواهیم سطح مشخصی از حاصلخیزی را در ظرف حفظ کنیم تا مطمئن شویم مقدار کافی عناصر مغذی برای گیاه وجود دارد. در کل باید EC را در دوره نهایی کاهش دهیم. با سیستمی بتواند خشک شود می‌توانیم ذخیره مغذی را با افزایش محلول با EC کمتر، کاهش دهیم. زیرلایه در سیستم‌های قابل زهکشی می‌تواند بسیار ساده‌تر تصحیح شود. در سیستم‌های غیرقابل زهکشی، ذخیره مغذی تنها می‌تواند افزایش یابد و پیوسته با اعمال بیشتر مواد مغذی افزایش یابد. دیر یا زود این ذخیره مغذی به سطحی می‌رسد که توانایی گیاه برای گرفتن آب را ابتدا آهسته و سپس متوقف کرده و سپس در واقع باعث می‌شود آب از بافت‌های گیاه خارج شده، کل فرایند معکوس شود.
خلاصه
علاوه بر اینکه EC واحدی برای اندازه‌گیری مواد مغذی داده شده به گیاهان است، مکانیزمی برای کنترل آب و هواست که با جذب آب ارتباط دارد. گیاهان باید رشد را با EC کم آغاز کنند و این نیز باید با بیشترین سرعت ممکن انجام شود تا نیازهای تغذیهای گیاه، همچنین مقدار اسمزی درونی برای ساختن یک گیاه قوی‌تر فراهم شود.
در هفته‌های پایانی کشت، گیاه به حداقل مواد مغذی نیاز دارد. ما مواد مغذی را فقط بدین جهت به گیاه اضافه می‌کنیم تا ذخیره مواد مغذی را در گلدان حفظ کرده و EC را پایدار نگهداریم. این مساله عموما منجر به پایین آمدن یا حتی شستشوی هفتگی (آبشویی) می‌شود.
مقالات بیشتر در مورد تصفیه آب و دستگاه تصفیه آب را در سایت بهاب دنبال نمایید.
*ن