Merită folosirea injecției de aer în rezervoarele de nutrienți?

Chimia de bază a apei

Apa regulată conține nu numai molecule de apă (H2O), ci și solide dizolvate care pot varia de la substanțe care sunt bune pentru plante, cum ar fi calciu și fier, până la cele care nu sunt atât de bune, precum sodiul și plumbul. Apa conține, de asemenea, gaze dizolvate, cum ar fi oxigenul și dioxidul de carbon. Cantitatea de gaze dizolvate este afectată de temperatură - cu cât apa este mai caldă, cu atât mai puține dintre gazele pe care le va păstra - și, de asemenea, prin concentrația de solide dizolvate - cu cât sunt mai multe solide dizolvate, cu atât vor fi menținute mai puține gaze.

Când apa se mișcă sau se mișcă pentru a intra în contact cu aerul, cantitatea de gaze dizolvate va rămâne la niveluri destul de stabile. Cu toate acestea, atunci când apa este lăsată în picioare, aceste gaze încep să părăsească apa, ridicându-se prin coloana de apă, astfel încât să existe lipsa aerului dizolvat la nivelurile inferioare, dar nivelurile cresc spre partea de sus. Acest proces este cunoscut sub numele de stagnare și este principalul motiv pentru care producătorii ar putea să-și aerizeze apa de irigare.

Formarea carbonaților

În timp ce aceste gaze sunt prezente în apă, ele pot afecta multe lucruri, inclusiv stările fizice și ionice ale elementelor prezente în apă și pH-ul apei. Deoarece dioxidul de carbon (CO2) se deplasează prin coloana de apă, acesta reacționează cu ioni precum calciu și începe să crească pH-ul, pe măsură ce se formează carbonații.

Majoritatea aprovizionării publice cu apă potabilă beneficiază de acest mecanism prin adăugarea de carbonat de calciu în apă pentru a servi ca tampon de pH care oferă atât apă de mai bună calitate, cât și protecția conductelor de la niveluri extreme de pH - atât înalte cât și joase. Tamponul modifică pH-ul de la compușii care formează acid sau compușii care formează alcaline care ar putea fi prezenți în apă, asigurându-se că pH-ul rămâne constant în timp ce apa este stocată și livrată consumatorului.

Reacții suplimentare pot apărea și cu alte gaze din apă, inclusiv oxigen. Oxigenul este un oxidant și, ca atare, se va combina cu ioni în apă pentru a forma noi compuși. Acești compuși noi vor ieși probabil din soluție sau vor deveni indisponibili pentru utilizarea plantelor. Acest lucru este foarte important atunci când aceste gaze sunt prezente în apa de irigare bogată în ioni care este utilizată pentru a fertiliza plantele.

Figura 1: Decizia de a difuza aerul în rezervoare depinde de multe variabile. Dar difuzarea aerului într-un rezervor va funcționa numai atunci când instalația se poate adapta la concentrațiile mai scăzute de oxigen disponibile rădăcinilor și încă funcționează suficient de bine pentru a furniza partea superioară.

De ce aerul dizolvat este important

Atmosfera este alcătuită din multe gaze diferite, iar unele dintre acestea se vor dizolva în apă. Aerul dizolvat în apă este important deoarece poate susține și inhiba viața. În această situație, gazele importante sunt oxigenul, în forma diatomică O2, și dioxidul de carbon, CO2.

Oxigenul trebuie să fie în formă diatomică (O2) pentru a fi util pentru viață. Oxigenul sub formă de O2-, forma reactivă cunoscută și sub denumirea de radicali liberi, este în detrimentul tuturor formelor de viață bazate pe carbon, deoarece căutând ceva de combinat cu carbonul și partenerul optim. Oxigenul ca O2 este sursa de oxigen pentru viața acvatică, atât plantele cât și animalele. Compușii de peroxid nu funcționează în același mod deoarece oxigenul eliberat este radicalul liber reactiv (H2O2 se transformă în H2O + O2-). Dioxidul de banda nu este, desigur, necesar de sistemul radicular, dar este necesar sa influenteze pH-ul prin incetinirea acestor fluctuatii.

Fără oxigen, formele de viață anaerobe vor începe să crească și aceștia pot fi agenții cauzali ai stagnării și mirosurile asociate, precum și toxinele care pot fi eliberate și o multitudine de boli.

Rădăcinile plantelor care cresc în apă au nevoie de oxigen la nivelurile corecte pentru a funcționa corespunzător. Nu numai rădăcinile, ci și microorganismele benefice necesită oxigen să supraviețuiască și să prospere. Cu toate acestea, nivelurile pe care le solicită pot fi diferite de plantele terestre. Deși rădăcinile plantelor terestre rareori văd concentrațiile aerului înconjurător (deoarece aerul trebuie mai întâi să difuzeze prin structura poroasă a solului), nivelurile pe care le experimentează sunt mult mai mari decât nivelurile de oxigen de obicei găsite în apă.

Este foarte important să observăm acest lucru diferite gaze se dizolvă în apă la rate diferite și astfel se vor dizolva în apă în proporții diferite față de cele din aer. De exemplu, CO2 se dizolvă ușor în apă, dar oxigenul și azotul sunt mai puțin ușoare.

Apa va menține o anumită cantitate de gaze dizolvate, ceea ce înseamnă că, pe măsură ce se dizolvă mai mult CO2, alte gaze, cum ar fi oxigenul și azotul, sunt eliminate. De asemenea, la temperaturi mai ridicate sau la niveluri mai mari de salinitate, o cantitate disproporționată de gaze mai puțin dizolvate va ieși din soluție mai repede decât gazele mai ușor dizolvate, cum ar fi CO2.

Când ar trebui apa să fie aerată și cum?

Există două modalități principale de aer pentru a intra în apă:

• se poate dizolva în apă din atmosferă sub presiune normală sau
• poate fi forțată prin apă în mod artificial (difuzie de oxigen).

În timp ce unele pești și plante acvatice pot extrage suficient oxigen pentru a supraviețui la concentrații de aproximativ 5 ppm, plantele terestre nu pot. Plantele care se bazează de obicei pe terenuri vor avea nevoie de oxigen suplimentar atunci când sunt cultivate într-un mediu de apă. Cu toate acestea, trebuie făcută o distincție între faptul că o plantă este cultivată în apă (cultură de apă adâncă sau acvaponică) sau doar expusă la apă ocazional (alte metode).

Figura 2: Când apa din rezervorul de menținere a nutrienților este lăsată în continuare, gazele dizolvate încep să părăsească apa prin creșterea în coloana de apă, astfel încât să existe mai puțin gaz dizolvat la nivelurile inferioare, cu mai mult spre partea de sus.

Atunci când cultura de apă adâncă sau aquaponics este folosit pentru a cultiva plantele terestre, nivelurile de oxigen dizolvate trebuie să fie ridicate dincolo de ceea ce ar fi în mod normal absorbit prin simpla agitare a apei. În funcție de temperatura apei și de nivelurile de salinitate, aceasta ar putea fi o sarcină dificilă, iar nevoia de difuzie a oxigenului intră în joc. Există anumite riscuri în acest sistem, mai ales dacă este extras dintr-un mediu care a fost îmbogățit cu CO2.

Fluctuații ale pH-ului

Acest lucru va cauza fluctuații ale pH-ului, de obicei în sus, deoarece CO2 se combină cu calciu. În plus, mai puțin O2 va fi dizolvat deoarece CO2 se dizolvă ușor și înlocuiește O2. Este important, deci, să trageți aerul dintr-o sursă exterioară și să țineți cont de pH. Acesta va fluctua și cu cât mai este disponibil pachetul de nutrienți, cu atât mai rapid și mai pronunțat vor fi aceste fluctuații.

În toate celelalte sisteme în care este aplicată apa și apoi alimentarea este oprită în timp ce se scurge, inclusiv cele care folosesc pietricele de lut, rocă, nisip, sol, turbă, coco sau orice altceva în cazul în care rădăcinile nu stau activ în apă timp, aerarea pentru oxigenare nu va trebui să aibă loc atât intens, cât și pentru aquaponics.

Aerul care se dizolvă în apă în mod natural, poate cu unele acțiuni de agitare pentru pregătirea tancurilor pe termen lung, probabil că va face bine. Acest lucru va ajuta la evitarea stagnării, la menținerea nivelului de O2 adecvat pentru viață și la menținerea pH-ului necontrolat în special în cazul în care rezervorul este amplasat într-o atmosferă îmbogățită cu CO2.

Oxigenul suplimentar pentru sănătatea rădăcinilor nu poate fi necesar, deoarece acțiunea scurgerii apei va atrage aerul în porii mediului și va asigura niveluri adecvate de O2 în pelicula de apă din jurul suprafeței rădăcinii. Majoritatea oxigenului din apă nu va fi utilizată, deoarece nu va rămâne suficient de lungă pentru a fi absorbită, cu excepția soluției de pe suprafața rădăcinii.

În plus, rădăcinile care nu sunt scufundate tot timpul nu sunt aceleași cu rădăcinile care trăiesc în apă - există diferențe în lucruri precum grosimea pericilului care controlează cantitatea de apă care se deplasează într-o plantă. Rădăcinile răsucite care nu s-au dezvoltat sub apă timp de mai mult de douăzeci de minute îi vor îneca.

În sistemele hibride, cum ar fi evacuarea și debitul (inundație și scurgere), acțiunea de pompare a apei pe masă și apoi lăsarea acesteia să curgă înapoi în rezervorul de stocare este suficientă pentru a menține suficientă cantitate de gaze dizolvate în sistem. În medii cu un nivel ridicat de CO2 adăugat, în apă pot fi dizolvate niveluri mai mari decât cele normale de CO2, cu rezultate similare cu cele ale injecției de aer. Cu toate acestea, acest lucru nu este niciodată la fel de rapid ca și barbotarea fizică a aerului prin soluție. Este necesar să se supravegheze cu atenție aspectele legate de pH-uri, iar rezervoarele trebuie schimbate mai frecvent decât ar fi necesar în încăperile fără suplimente.

Deci, în sisteme care nu implică scufundarea rădăcinilor în apă în orice moment, inclusiv sistemele care permit o anumită apă să fie ținută în mediu împotriva gravitației, dar departe de rădăcină, cel mai bine este să limitarea pompelor de aer și a sistemelor de injecție. Acest lucru se datorează faptului că oxigenul din aceste sisteme va proveni, în cea mai mare parte, din difuzie în mediu după irigare: un sistem simplu, care dă apă în rezervor timp de câteva minute în fiecare oră va fi suficient pentru a satisface nevoile sistemului.

Acest lucru ar putea fi la fel de simplu ca o conductă de deviere în pompa rezervorului care direcționează o cantitate mică de apă pompată înapoi în rezervor. Alte dispozitive ar putea include echipamente mecanice de amestecare cum ar fi cele utilizate în industria construcțiilor pentru vopsele și alte funcții de amestecare.

Figura 3: O pompă de aer.

În sistemele cu adevărat hidroponice, cu un mediu inert care deține puțină apă, cum ar fi pietricele de lut sau tehnica filmului nutritiv (NFT), Concentrațiile de O2 la sau peste 40 ppm sunt necesare, sau mai bine se apropie de 60 ppm, iar realizarea acestui lucru poate necesita dizolvarea mai multor aer, iar nivelele vor trebui monitorizate îndeaproape. Cu toate acestea, aerul nu trebuie să provină de la un difuzor. Pentru aquaponics, deoarece volumul de apă nu va favoriza să permită în mod natural să permită nivelurile corespunzătoare de O2, soluția utilizată va trebui să fie difuzată cu O2.

Regulamentul este esențial

Aerul este cu siguranță o componentă importantă în apa de irigare, însă reglementarea este esențială pentru a evita suprimarea echilibrului sistemului. Întrebarea reală este dacă munca suplimentară de difuzare a aerului în apă este de fapt necesară, sau chiar dacă face mai mult rău decât bine.

Răspunsul pentru tine

Producătorul trebuie să fie inteligent cu privire la ceea ce este necesar, rezultatele care pot fi așteptate și costurile reale. Pentru orice sistem, cu excepția scufundării radicale totale, dacă stagnarea este o problemă pentru cultivator, chiar și cu tehnicile mai simple menționate aici, răspunsul ar putea fi un tanc mai mic de reținere, cu reînnoiri frecvente.