فهرست مطالب
نقش چگالی ظاهری در عملکرد و مدیریت بسترها
چگالی ظاهری یکی از ویژگی‌های کلیدی در ارزیابی بسترهای کشت بدون خاک محسوب می‌شود. این پارامتر به عنوان جرم خشک محیط کشت در واحد حجم، در شرایطی که بستر مرطوب است، تعریف می‌شود و معمولاً بر حسب گرم بر سانتی‌متر مکعب بیان می‌گردد. اندازه‌گیری چگالی ظاهری و سایر ویژگی‌های فیزیکی بسترهای کشت از طریق روش‌های گوناگونی انجام می‌شود که انتخاب روش مناسب به نوع بستر و هدف مطالعه بستگی دارد. بسترهای کشت معمولاً از ترکیبی از چندین ماده تشکیل شده‌اند، و ویژگی‌های فیزیکی هر یک از این مواد به طور مستقیم بر چگالی ظاهری کلی بستر تأثیر می‌گذارد. عوامل تعیین‌کننده این ویژگی شامل شکل و ترکیب ذرات، چگالی ظاهری اجزا، و کیفیت تراکم در بستر می‌باشند. به‌طور خاص، زمانی که اجزای بستر شامل ذراتی با اندازه‌های متفاوت باشند، چگالی ظاهری مخلوط افزایش می‌یابد. این افزایش معمولاً به کاهش تخلخلTotal Porosity ، (TP)کاهش ظرفیت نگهداری آب، (WHC) Water Holding Capacity و کاهش تخلخل هوا (AFP) Air-Filled Porosity منجر می‌شود. در مقابل، بسترهایی که از ذرات با اندازه‌های یکنواخت تشکیل شده‌اند، معمولاً دارای چگالی ظاهری پایین‌تر و تخلخل بیشتری هستند. چگالی ظاهری بستر تأثیرات متعددی بر انتخاب و کاربرد آن در شرایط مختلف کشاورزی دارد. به عنوان مثال، در تولید نهال درختان در فضای باز، بسترهایی با چگالی ظاهری بالا ترجیح داده می‌شوند زیرا مقاومت بیشتری در برابر ناپایداری ظروف در شرایط باد دارند. این نوع بسترها را می‌توان با اضافه کردن مواد معدنی سنگین مانند ماسه، خاک رس یا سایر مواد معدنی به دست آورد. از سوی دیگر، برای کشت محصولات گلخانه‌ای با عملکرد بالا که به آبیاری مکرر نیاز دارند، استفاده از بسترهایی با چگالی ظاهری پایین ضروری است. این امر به دلیل آن است که بسترهای با چگالی ظاهری بالا معمولاً هدایت هیدرولیکی کمتر و AFP پایین‌تری دارند که می‌تواند باعث کمبود اکسیژن در ناحیه ریشه شود. یکی دیگر از جنبه‌های مهم چگالی ظاهری، سهولت در اختلاط و حمل‌ونقل بستر است. بسترهایی با چگالی ظاهری پایین، به دلیل وزن کمتر، معمولاً به راحتی قابل حمل و مخلوط کردن هستند. در مقابل، بسترهایی با چگالی ظاهری بالا به دلیل وزن زیاد، ممکن است در این زمینه مشکلاتی ایجاد کنند. بنابراین، انتخاب مناسب بستر بر اساس چگالی ظاهری باید با توجه به نیازهای خاص محصول و شرایط محیطی انجام شود.
توزیع اندازه ذرات
توزیع اندازه ذرات (PSD) Particle Size Distribution یکی از ویژگی‌های مهم فیزیکی در محیط‌های متخلخل است که نقش حیاتی در توصیف بافت بستر دارد. اندازه ذرات و نحوه توزیع آنها می‌تواند تأثیر زیادی بر بسیاری از ویژگی‌های فیزیکی این محیط‌ها داشته باشد. به عبارت ساده‌تر، اندازه و پراکندگی اندازه‌های مختلف ذرات در بستر، ویژگی‌هایی مانند نفوذپذیری آب، تهویه، و نگهداری مواد مغذی را تحت تأثیر قرار می‌دهند. تحلیل توزیع اندازه ذرات شامل فرایندی است که در آن ذرات بستر به دسته‌های مختلف تقسیم می‌شوند و سپس تعداد هر کدام از این دسته‌ها شمارش می‌شود. این اطلاعات به ما کمک می‌کند تا درک بهتری از چگونگی عملکرد و خصوصیات بستر به دست آوریم. فاز جامد بستر معمولاً از ذرات جداگانه با اندازه‌ها و اشکال مختلف تشکیل می‌شود که ممکن است شامل مواد آلی کلوئیدی نیز باشد. این ذرات می‌توانند ترکیب معدنی و ویژگی‌های خاصی داشته باشند که بر خصوصیات بستر تأثیر می‌گذارند. به طور خاص، ویژگی‌هایی مانند ساختار داخلی ذرات، میزان تخلخل (فضاهای خالی بین ذرات)، نحوه برهم‌کنش با آب و املاح، و همچنین قابلیت فشرده شدن و استحکام آنها می‌تواند تأثیر زیادی بر نحوه عملکرد بستر در نگهداری آب، مواد غذایی و اکسیژن داشته باشد. به این ترتیب، اندازه و ترکیب این ذرات نقش بسیار مهمی در تعیین ویژگی‌ها و رفتار کلی بستر ایفا می‌کند.
اصطلاح بافت بستر به توزیع اندازه ذرات موجود در یک بستر اشاره دارد و مشخص می‌کند که آیا ذرات بستر اندازه‌های مختلفی دارند یا بیشتر از یک اندازه مشابه تشکیل شده‌اند. این ویژگی هم به‌صورت کیفی (از نظر نوع ذرات) و هم کمی (از نظر اندازه و توزیع آنها) توصیف می‌شود. به عبارت دیگر، بافت نشان‌دهنده شکل فیزیکی آن است. اطلاعات به‌دست‌آمده از تحلیل توزیع اندازه ذرات (PSD) شامل اندازه ذرات موجود در بستر و الگوی توزیع اندازه‌های ذرات است. این اطلاعات مشخص می‌کند که آیا بستر از ذرات با اندازه‌های مشابه تشکیل شده یا از ترکیبی از اندازه‌های مختلف ذرات بهره می‌برد. بسترهایی که دارای توزیع اندازه ضعیفی هستند، شامل ذرات با اندازه‌های متفاوت و مشخص هستند و معمولاً با یک منحنی پله‌ای نمایش داده می‌شوند. برعکس، بسترهایی با توزیع خوب، ذراتی با اندازه‌های نزدیک به هم دارند و معمولاً با یک منحنی صاف نمایش داده می‌شوند. در علوم خاک، توزیع اندازه ذرات برای پیش‌بینی ویژگی‌های هیدرولیکی خاک مانند منحنی نگهداری آب (Retention Curve)، رابطه بین رطوبت حجمی و ماتریک پتانسیل، و رسانایی هیدرولیکی در شرایط اشباع و غیراشباع به‌طور گسترده استفاده می‌شود. این روابط ریاضی در خاک‌های شنی بسیار دقیق هستند، اما برای خاک‌هایی با درصد بالای رس، دقت آنها کمتر می باشد.
تخلخل و ویژگی‌های آن در بسترهای کشت
تخلخل و اجزای تشکیل‌دهنده آن به‌صورت درصدی از حجم کل بستر کشت بیان می‌شوند. این شاخص به مجموع حجم فازهای آبی و گازی موجود در بستر، که به‌عنوان فضای منافذ یا تخلخل تعریف می‌شود، اشاره دارد. تخلخل به عوامل متعددی نظیر شکل، اندازه، و آرایش ذرات بستر وابسته است. علاوه بر این، روش‌های مختلف اندازه‌گیری چگالی ظاهری نیز با تعیین تخلخل و اجزای آن مرتبط هستند. معمولاً بین چگالی ظاهری و تخلخل یک رابطه معکوس وجود دارد. با این حال، در بسترهایی که از مواد با منافذ بسته نظیر پرلیت یا پوکه استفاده می‌شود، چگالی ظاهری نمی‌تواند به‌طور دقیق نمایانگر میزان تخلخل باشد. این مسئله تنها به بسترهای معدنی محدود نمی‌شود؛ بلکه در برخی بسترهای آلی نیز منافذ غیرقابل دسترس مشاهده شده است. به‌عنوان نمونه، تحقیقات Evans و همکاران که روی نمونه‌های مختلف الیاف نارگیل انجام شد، نتایجی برخلاف انتظار نشان داد. نمونه‌ها با وجود چگالی ظاهری پایین‌تر، تخلخل کمتری داشتند. این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که بخش قابل‌توجهی از منافذ در مراحل اندازه‌گیری اشباع با آب پر نشوند، که احتمالاً به دلیل آب‌گریزی بالای این منافذ است. برخلاف منافذ بسته در بسترهای معدنی، عدم اشباع بسترهای آلی می‌تواند به‌عنوان یک محدودیت ذاتی در روش‌های آزمایشگاهی محسوب شود. با این حال، در شرایط عملی و با استفاده مستمر، آب‌گریزی این منافذ کاهش یافته و معمولاً تمام منافذ غیرقابل دسترس با آب پر می‌شوند.
توزیع منافذ در بسترهای کشت و تأثیر آن بر رشد گیاه
ساختار بسترهای متخلخل شامل یک شبکه سه‌بعدی از منافذ است که نقش مهمی در فراهم‌سازی شرایط مناسب برای رشد ریشه، تبادل گاز و حرکت آب ایفا می‌کنند. منافذ بزرگ با فراهم‌سازی مسیرهای نفوذپذیر برای ریشه، گازها، و آب، نقش کلیدی در بهره‌برداری گیاه از خاک دارند. افزایش تراکم و پیوستگی منافذ درشت نه تنها امکان نفوذ بهتر ریشه را فراهم می‌کند، بلکه تبادل گازها با اتمسفر را نیز تسهیل می‌نماید. منافذ درشت پیوسته تأثیر مستقیمی بر نفوذپذیری آب و انتقال املاح در بستر دارند و شرایط مناسبی برای رشد ریشه ایجاد می‌کنند. مطالعات متعدد نشان داده‌اند که وجود منافذ درشت پیوسته به‌طور چشمگیری رشد ریشه را بهبود می‌بخشد. علاوه بر آب و مواد مغذی، هوادهی خاک نیز یکی از مهم‌ترین عوامل مؤثر بر حاصلخیزی است. توانایی بستر در ذخیره و ارائه آب و هوا به گیاهان از طریق هدایت هیدرولیکی و نرخ تبادل گاز، به تخلخل، توزیع اندازه منافذ، پیچیدگی شبکه منافذ، و میزان اتصال آنها وابسته است. برای بسترهای رشد، ویژگی‌های کلاسیک فیزیکی مانند ظرفیت نگهداری آب، تخلخل هوا، چگالی ظاهری، هدایت هیدرولیکی، و انتشار گاز باید با توجه به تفاوت‌های ساختاری و ترکیبات بسترهای غیرخاکی نسبت به خاک‌های معدنی تعریف شوند. یکی از چالش‌های مهم در بررسی خصوصیات منافذ بسترهای کشت خاکی و بدون خاک، فقدان اصطلاحات استاندارد برای طبقه‌بندی منافذ در محدوده‌های اندازه مشخص می باشد.
