فتوسنتز و رشد و نمو گیاهان تحت تأثیر عوامل ژنتیکی و محیطی است.
هرگیاهی خصوصیات ژنتیکی را از والدین خود به ارث میبرد، اما عوامل محیطی نیز با توجه به نوع آب و هوای منطقه، زمان کشت و نحوه انجام عملیات زراعی بر رشد و نمو گیاهان تأثیر میگذارند.
این عوامل محیطی شامل نور، دما، دیاکسیدکربن (CO2)، خاک، تغذیه، علفهای هرز، آفات و بیماریها، آبیاری و رطوبت نسبی هوا است.
یکی از این عوامل بسیار مهم که رشد تمامی گیاهان فتوسنتز کننده، به آن بستگی دارد، دیاکسیدکربن (گاز کربنیک) است.
همانطور که میدانید گیاهان علاوه بر نیتروژن، فسفر، پتاسیم و عناصر ریزمغذی به کربن، اکسیژن و هیدروژن نیز نیاز دارند. در واقع این سه عنصر نیز جزو عناصر پرمصرف گیاه محسوب میشوند.
کربن مورد نیاز گیاهان از طریق جذب دیاکسیدکربن از هوا تأمین میشود.
دیاکسیدکربن هوا طی عمل فتوسنتز با آب ترکیب و مواد لازم برای رشد گیاه را فراهم میسازد.
کربن نقش مهمی در فتوسنتز و تولید ماده خشک در گیاهان دارد. در واقع بخش بسیار زیادی از ترکیبات گیاهی از کربن ساخته شده است، بنابراین باید به خوبی در دسترس گیاه قرار گیرد.
غلظت گازکربنیک با صنعتی شدن شهرها و افزایش مصرف سوخت فسیلی از میزان ppm285 (قسمت در ملیون) در قرن 19 به میزان ppm320 در اواسط قرن 20 افزایش پیدا کرده است. درحال حاضر این مقدار در بعضی از نقاط دنیا به طرز سرسام آوری از حد مجاز نیز بیشتر است.
بنابراین بحث ما صرفاً درباره تأمین دیاکسیدکربن در محیط گلخانه است؛ زیرا در اغلب گلخانهها با سرد شدن هوا که دریچههای تهویه بسته میشوند، رفته رفته با جذب دیاکسیدکربن موجود در هوای گلخانه توسط گیاهان، از غلظت آن کاسته شده و گیاهان برای ادامه رشد و نمو با کمبود این گاز مواجه میشوند.
از طرفی با توجه به هزینه بالای احداث گلخانه، لازم است که ترتیبی اتخاذ گردد تا حداکثر فتوسنتز و عملکرد به دست آید.
بنابراین برای داشتن فتوسنتز مناسب در گلخانه یا باید به نحوی با انجام تهویه، غلظت این گاز را در حد هوای بیرون از گلخانه نگه داشت و یا این که به طور مصنوعی دیاکسیدکربن را به فضای داخل گلخانه تزریق کرد.
برای رسیدن به حداکثر عملکرد (در صورت مناسب بودن سایر عوامل محیطی از جمله دما، نور و آب)، غلظت دیاکسیدکربن باید به نقطه اشباع برسد.
نقطه اشباع دیاکسیدکربن، غلظتی از دیاکسیدکربن است که با افزایش غلظت آن، بر میزان فتوسنتز گیاه افزوده نشود. بیشتر گیاهان در غلظت ppm1300 به نقطه اشباع میرسند.
البته این بدان معنی نیست که تحت هر شرایطی باید غلظت دیاکسیدکربن را به ppm1300 رساند؛ بلکه افزایش غلظت این گاز در شرایط مختلف، متفاوت بوده و به شرط فراهم بودن سایر عوامل محیطی، توصیه بر این است که غلظت این گاز نهایتاً تا ppm1000 افزایش یابد؛ زیرا افزایش بیش از حد غلظت دیاکسیدکربن نیز میتواند محدود کننده رشد باشد.
از طرفی، افزایش غلظت دیاکسیدکربن، اغلب در پاییز و تابستان توصیه میشود؛ زیرا در فصولی که دریچهها باز هستند، اولاً افزایش این گاز در محیط گلخانه بیهوده است و ثانیاً به علت باز بودن دریچهها، این گاز وارد هوای بیرون شده و کار صحیحی نیست؛ زیرا یکی از علل اصلی گرم شدن هوای کره زمین، دیاکسیدکربن است.
البته در گلخانههای جدید و بزرگ که دارای سازههای دو جداره بوده و نفوذ هوای بیرون به داخل، کاهش یافته است، غلظت دیاکسیدکربن در زمانهای خاصی از سال به پایینتر از سطح محیطی (ppm300) افت مینماید.
این موضوع تأثیرات منفی قابل توجهی بر رشد گیاهان خواهد داشت.
زیرا در این مواقع دیاکسیدکربن موجود در فضای گلخانه به وسیله گیاهان مصرف شده و عدم جایگزینی آن باعث کاهش عمل فتوسنتز و کاهش رشد و عملکرد میشود؛ از این رو باید در مواقع گرم روز، درها و پنجرههای گلخانه را مختصری باز نمود یا با استفاده از فنهای اختلاط هوا، هوای ساکن گلخانه را به جریان انداخت تا جابجایی هوا در اطراف بوتهها انجام شود.
در صورتی که نتوان از عملیات تهویه استفاده کرد و یا نیاز به دیاکسیدکربن بیشتری باشد، باید از روشهای مصنوعی تولید دیاکسیدکربن استفاده نمود که در ادامه توضیح داده میشود.
نکته: لازم است که توسط دستگاههای اندازهگیری دیاکسیدکربن، غلظت گاز دیاکسیدکربن دائماً در محیط گلخانه اندازهگیری شود.
فواید غنیسازی دیاکسیدکربن:
بعضی از آثار غنیسازی دیاکسیدکربن تا حد مطلوب در فصول پاییز و زمستان عبارتند از:
- افزایش رشد و فتوسنتز
- کوتاه کردن دوره رشد گیاه (5 تا 10 درصد)
- گلدهی قبل از موعد و زودرسی میوه
- افزایش کیفیت و بازده میوهدهی
- افزایش وزن خشک گیاه
- افزایش اندازه و ضخامت برگها
- بهبود استحکام ساقه گیاه و اندازه گل
- کاهش جوانههای ناقص در گلها و...
آزمایشهای صورت گرفته روی بیشتر گیاهان نشان داده است که با افزایش میزان دیاکسیدکربن تا ppm1000، فتوسنتز به اندازه 50 درصد افزایش خواهد یافت. به طور مثال طبق تحقیقات صورت گرفته، تأمین ppm1000 گاز کربنیک در گلخانه گوجهفرنگی منجر به 48 درصد افزایش محصول و در گلخانه خیار منجر به 23 درصد افزایش محصول گشته است.
همچنین تزریق دیاکسیدکربن در گلخانه گل رز باعث کاهش تعداد شاخههای رویشی، افزایش طول و وزن ساقه، افزایش تعداد گلبرگها و بهبود طول دوره محصولدهی شده است.
در مورد گل داوودی نیز ضخیم شدن و افزایش ارتفاع ساقههای گلدهنده و گلدهی زودتر و در مورد میخک افزایش 38 درصدی محصول و نیز افزایش وزن گلها و ساقههای گلدهنده و جلو افتادن طول دوره گلدهی و تولید قلمههای با کیفیت بهتر، گزارش شده است.
برای بعضی دیگر از گیاهان مانند گل لاله، هیچ پاسخی نسبت به اضافه کردن دیاکسیدکربن مشاهده نشده است.
نکته: هرگز نباید اجازه داد که غلظت دیاکسیدکربن در گلخانه از حد مجاز بالاتر رود؛ زیرا نه تنها باعث افزایش عملکرد نمیشود، بلکه افت عملکرد را در پی دارد و ممکن است خسارات غیرقابل جبرانی به گیاه وارد نماید.
به طور مثال میزان بالاتر دیاکسیدکربن از آنچه که توصیه شده، میتواند موجب از بین رفتن برگها در خیار و گوجه فرنگی شود.
شرایط غنیسازی گلخانه با دیاکسیدکربن:
- تزریق دیاکسیدکربن در تمام طول روز، از طلوع تا یک ساعت قبل از غروب، صورت میگیرد و از تزریق آن در طول شب باید خودداری شود.
به بیان دیگر فرآیند فتوسنتز در روشنایی روز صورت میگیرد و تأمین دیاکسیدکربن در هنگام شب لازم نیست، ولی در گلخانههایی که از سیستم روشنایی در شب استفاده میشود، تأمین دیاکسیدکربن در شب نیز ضروری است.
- در زمان تزریق باید کلیه دستگاههای تهویه، هواساز و خنک کننده خاموش و دریچههای تهویه کاملاً بسته باشند، در غیر این صورت تزریق دیاکسیدکربن تأثیری ندارد.
- در روزهای ابری (نورکم)، تأمین دیاکسیدکربن را اغلب به اندازه ppm400 افزایش میدهند.
البته اغلب پرورش دهندگان گل بدون توجه به میزان نور، غلظت دیاکسیدکربن را به طور ثابت ppm1000 در نظر میگیرند اما برای به دست آوردن بازده اقتصادی بالاتر، بهتر است غلظت دیاکسیدکربن را با توجه به میزان نور تنظیم نمود.
هرچه شدت نور گلخانه بیشتر باشد، به غلظت بیشتری از دیاکسیدکربن در گلخانه نیاز است تا سرعت فتوسنتز افزایش یابد؛ در غیر این صورت، افزایش غلظت دیاکسیدکربن یا شدت نور به تنهایی تأثیر چندانی در افزایش فتوسنتز نخواهد داشت.
- استفاده بیش از حد و طولانی مدت از دیاکسیدکربن (مخصوصاً در مورد گوجه فرنگی) میتواند منجر به عدم پاسخ گیاه نسبت به تأمین دیاکسیدکربن شود.
قطع استفاده از دیاکسیدکربن برای چند روز میتواند موجب بهبود پاسخ گیاهان شود.
- در فصول سرد و روزهای بارانی که منافذ گلخانه بسته است، افزایش گاز سمی منوکسیدکربن (به خاطر ناقص سوختن مشعلها) ممکن است خساراتی به محصول وارد کند.
در این صورت هر از چند گاهی با روشن کردن فن، هوای داخل گلخانه را جابجا نموده و یا پنجره را به میزان خیلی کم باز میکنند.
رابطه بین نور، دما و دیاکسیدکربن:
باید توجه داشت که تأمین دیاکسیدکربن به تنهایی نمیتواند باعث افزایش عملکرد شود؛ بلکه بین این عامل و عوامل دیگر (دما، نور، رطوبت و موادغذایی) روابط مستقیم و تکمیل کنندهای وجود دارد.
به عبارت دیگر عوامل محیطی در جذب دیاکسیدکربن توسط گیاه تأثیر زیادی دارند.
با افزایش غلظت دیاکسیدکربن باید نور مناسب نیز در محیط وجود داشته باشد. از این رو افزایش دیاکسیدکربن در شب تأثیری ندارد.
همچنین اضافه کردن دیاکسیدکربن در نورکم (روزهای ابری)، از لحاظ اقتصادی توصیه نمیشود؛ مگر اینکه از سیستم نوری مکمل (مصنوعی) استفاده شود.
البته برخی نیز معتقدند که در شرایط نوری ضعیف که رشد گیاه محدود میشود، اضافه کردن دیاکسیدکربن میتواند فتوسنتز و رشد گیاه را بهبود بخشد.
دمای مناسب نیز میتواند تأثیر قابل توجهی بر میزان پاسخ گیاه نسبت به تأمین دیاکسیدکربن داشته باشد.
دمای بالا در شب دارای تأثیر بسیار اندکی روی میزان پاسخ گیاه نسبت به دیاکسیدکربن میباشد، اما مطالعات زیادی نشان داده است که دمای بهینه روزانه برای رشد گیاهان، باعث بهبود جذب دیاکسیدکربن و افزایش فتوسنتز میشود.
همچنین باید توجه داشت در شرایطی که غنیسازی دیاکسیدکربن انجام میشود و مخصوصاً هنگامی که تواماً نور تکمیلی (مصنوعی) هم مورد استفاده قرار میگیرد، کمبود موادغذایی سریعاً رخ خواهد داد. باور عمومی براین است که تحت شرایط غنیسازی دیاکسیدکربن، عناصر غذایی و کودهای مورد نیاز گیاه نیز باید به خوبی تأمین شوند.
روشهای تأمین دیاکسیدکربن در گلخانه:
عملیات تهویه: ابتدایی ترین روش برای جایگزین کردن دیاکسیدکربن، عمل تهویه است. البته باید توجه داشت که اگر با استفاده از دستگاههای اندازهگیری دیاکسیدکربن، مشخص شد که غلظت این گاز در گلخانه بیش از غلظت آن در هوای معمولی (ppm300) است، نباید از تهویه استفاده شود؛ زیرا این عمل باعث رقیق شدن دیاکسیدکربن موجود در هوای گلخانه میشود.
سوزاندن نفت و گازهای مایع (روش گرم): روش معمول افزودن دیاکسیدکربن در محیط گلخانه، سوزاندن نفت، گازهای طبیعی، پروپان، بوتان و... است که به وسیله دستگاههای مولد دیاکسیدکربن و ژنراتورهای مخصوص دیاکسیدکربن صورت میگیرد.
باید توجه داشت که گازهای خروجی از بخارهای زغالسنگی، نفتی و... به هیچ وجه نباید مورد استفاده قرار گیرند؛ زیرا حاوی دیاکسید گوگرد و مونواکسیدکربن هستند که افزایش غلظت آنها برای گیاه سمی بوده و ممکن است موجب مرگ گیاه شوند.
گاز طبیعی و پروپان نسبت به دیگر سوختها دارای مقدار کمتری آلودگی هستند و عملاً فاقد گوگرد هستند.
در این روش باید محیط گلخانه کاملاً مسدود باشد و سوخت مصرفی نسبتاً خالص بوده و درصد گوگرد آن کم باشد.
به طورکلی به ازای هر 100 مترمربع فضای گلخانه، سوزاندن 0/5 لیتر در ساعت گاز مایع برای تأمین دیاکسیدکربن کفایت میکند.
وقتی که گاز طبیعی، پروپان یا نفت سوزانده میشود، تنها دیاکسیدکربن تولید نمیشود، بلکه همراه با آن حرارت نیز تولید میشود، که به طور طبیعی موجب گرم شدن سیستم گلخانه میشود. احتراق سوختها همچنین منجر به تولید رطوبت میشود.
باید توجه داشت احتراق ناقص یا سرایت مواد سوختی به داخل گلخانه میتواند منجر به از بین رفتن گیاهان شود.
در شرایط سوختن کامل، گاز یا مایع نفتی، تبدیل به آب و دیاکسیدکربن میشود.
در صورت استفاده از دستگاههای مولد دیاکسیدکربن، بایستی نسبت به تنظیم صحیح آن اقدام نمود تا حتماً با شعله آبی بسوزد و در غیر این صورت به دلیل ناقصسوزی، منجر به تولید گازهای مضری نظیر اتیلن (پیری زودرس گیاهان خیار و گوجه فرنگی)،مونواکسیدکربن (گاز سمی)، پروپیلن یا بوتیلن میشود.
همچنین در صورت وجود گوگرد در سوخت، گاز دیاکسیدگوگرد ایجاد میشود و چون محیط گلخانه مرطوب است، دیاکسیدکربن با رطوبت موجود در هوا ترکیب شده و تولید اسیدسولفوریک میکند که خسارات شدیدی به گیاهان گلخانه وارد نمود (برگ سوزی).
استفاده از دیاکسیدکربن مایع (روش سرد): یکی از روشهای جایگزینی تأمین دیاکسیدکربن در محیطهای گلخانه، تزریق مصنوعی دیاکسیدکربن مایع به وسیله دستگاههای مولد است.
این روش با وجود این که معمولاً گرانتر از روشهای دیگر است، ولی مورد پسند بسیاری از پرورشدهندگان گل و گیاه قرار گرفته است؛ زیرا خطرات راهکار قبلی را ندارد.
دیاکسیدکربن متراکم به صورت مایع بوده و باید توسط یک واحد تبخیر کننده، تبخیر شود.
مزایای عمده استفاده از دیاکسیدکربن مایع عبارتند از:
خلوص فرآورده، عدم تولید حرارت و رطوبت، عدم نگرانی از زیان رساندن به محصولات و کنترل بهتر غلظت دیاکسیدکربن در گلخانه.
برای تأمین دیاکسیدکربن در گلخانه میتوان از سیلندرها یا کپسولهای محتوی دیاکسیدکربن استفاده نمود؛ بدین ترتیب که شیر گاز را در طول روز (در شب دیاکسیدکربن مصرف نمیشود) مختصری باز میکنند تا همواره مقدار کمی گاز در گلخانه منتشر شود.
استفاده از کاه مرطوب: گاهی برای تأمین دیاکسیدکربن از کاه مرطوب و غنی شده با کود حیوانی یا کمپوست که تجزیه آن دیاکسیدکربن آزاد میکند، در بین ردیفهای کشت استفاده میشود.
البته تأمین دیاکسیدکربن از این طریق قابل تنظیم و کنترل نیست، اما به هر حال باعث افزایش غلظت آن میشود.
توزیع یکنواخت دیاکسیدکربن در محیط گلخانه:
توزیع نامناسب دیاکسیدکربن در گلخانه میتواند منجر به مسمومیت گیاهی که نزدیک به منبع تولیدکننده دیاکسیدکربن هست، شده و یا اثر آن را بر گیاهان دورتر کاهش دهد.
بنابراین ضمن افزایش غلظت دیاکسیدکربن، باید این گاز به صورت یکنواخت در محیط گلخانه پخش گردد.
برای توزیع یکنواختتر گاز دیاکسیدکربن در محیط گلخانه میتوان به روشهای زیر عمل نمود:
- استفاده از فن دمنده جریان افقی که توزیع یکنواختی را به وسیله حرکت هوا در گلخانه فراهم مینماید (هنگامی که درچههای بالایی بسته شده و فنهای خروجی در حال کار نیستند).
- استفاده از سیستم توزیعی با شیر مرکزی همراه با لولههایی که دارای سوراخهایی با فاصله مساوی میباشند، برای مواقعی که از دیاکسیدکربن مایع استفاده میشود.
- استفاده از رولها یا لولههای پلاستیکی سوراخدار که به فاصله کمی در بالای گیاهان قرار میگیرند. دیاکسیدکربن از منافذ لولهها خارج شده و چون از هوا سنگین تر است، به سمت پایین گلخانه (به طرف بوتهها) حرکت میکند.
- در صورت استفاده از سیستم حرارت موضعی میتوان نازل خروجی گاز را به کانال حرارتی وصل نمود تا گاز همراه هوای گرم به طور یکنواخت و به یک نسبت در طول گلخانه توزیع شود.
منبع: مجله داس و کشاورزی، شماره 9، صفحه 51