جذب گاز دی اکسید کربن از طریق ریشه گیاه
از نقطه نظر استفاده موثر از نور در فتوسنتز , جلبک ها نسبت به سایر گیاهان عالی تر این مزیت را دارند که در محیطی که آنها رشد می کنند به آسانی میتوان با بی کربنات غنی نمود ,در نتیجه رشد آن افزایش پیدا می کند.در مورد گیاهان عالی تر , متاسفانه , غنی سازی اتمسفر با دی اکسید کربن به سختی امکان پذیر می باشد.بهر حال , ممکن است راه عملی غنی کردن خاک یا محلول غذایی باشد. انجام چنین عمل تا حد زیاد به این بستگی دارد که ایا ریشه می تواند گاز دی اکسید کربن یا بی کربنات به اندازه قابل توجه جذب نماید.
کورسانوف گزارش نمود که کربنات محلول وارده شده به خاک همراه با کود ها عملکرد چند گیاه زراعی را تا ۱۸ درصد افزایش داد. گرین فیلد اظهار می دارد که با مصرف کربنات آمونیوم می توان به مقدار ۳۰ یا ۵۰ کیلو گرم در هکتارگاز دی اکسید کربن وارد خاک نمود.
تحقیقات به عمل آمده در روسیه نشان می دهد که جذب گاز دی اکسید کربن توسط ریشه ها قابل توجه است و اثر مفید روی رشد گیاه دارد. شواهدی نیز وجود دارد که مقادیر زیاد بی کربنات و دی اکسید کربن در محیط ریشه می تواند اثرات مضر روی رشد گیاه داشته باشد که می تواند موجب ایجاد کلرزو یا زردی در گیاه گردد.برخی از محققین نتیجه گرفتند که قسمتی از اثر مضر خاک های قلیایی به دلیل یون بی کربنات می باشد.
رشد ریشه های نخود فرنگی , باقلا , لوبیا معمولی و آفتابگردان به طور کامل ممانعت می شود اگر هوای محیط ریشه ۶٫۵ % گاز کربنیک داشته باشد.گیاهان جو و یولاف زراعی تحت تاثیر چنین تیماری قرار نمی گیرند.
اخیرا” دانشمندان روسی ثابت کرده اند که گیاهان اسید کربونیک را از طریق ریشه ها هم چذب می کنند. کورسانوف و همکاران از طریق اشعه کربن ثابت کردند که اسیدکربونیک جذب شده از خاک به طور سریع به اندام سبز گیاهان منتقل شده و به هیدرات کربن توسط برگها (فتوسنتز ) تبدیل می شوند.مقدار اسید کربونیک جذب شده از طریق ریشه ها نسبتا” زیاد است.
سایر دانشمندان نیز همین امر را ثابت کردند. ساموخوالوف ثابت نمود که تغذیه با اسید کربونیک ظرفیت باردهی گیاهان را افزایش می دهد.اصلاح تغذیه با اسید کربوینک موجب افزایش سرعت فتوسنتز می گردد. نیچی پورویتچ اظهار می داردافزایش سرعت فتوسنتز می تواند سبب تقویت نسبت وزن اندام مفید گیاه به سطح برگ گردد , بدان معناسیت که واحد سطح برگ می تواند مواد تغییر پذیر بیشتر تولید و در اندام مفید گیاه (میوه ها , ریشه ها , غده هی ) ذخیره نماید.
اگرچه چند محقق ادعا کرده اند که فایده مستقیم دی اکسید کربن از طریق حل شده در اب برای گیاه می باشد , تعدادی از آزمایش ها افزایش قابل ملاحظه در رشد ریشه , همچنین خود عملکرد را با آب آبیاری غنی شده با گاز دی اکسید کربن نشان دادند.
دی اکسید کربن در گلخانه
سالهای زیادی است که به منافع غنی سازی دی اکسید کربن در گلخانه ها، برای افزایش رشد و تولید گیاهان پی برده شده است. دی اکسید کربن یکی از ضروری ترین اجزاء فتوسنتز می باشد. همانطورر که در بخش قبل اشاره شد، فتوسنتز یک فرآیند شیمیایی است که انرژی نور خورشید را برای تبدیل دی اکسید کربن و آب به مواد قندی در گیاهان سبز مورد استفاده قرار می دهد؛ سپس این مواد قندی در خلال تنفس گیاه برای رشد آن مورد استفاده قرار می گیرند. اختلاف بین نرخ فتوسنتز و تنفس، مبنایی برای میزان انباشتگی ماده خشک در گیاهان می باشد. در تولید گلخانه ای، هدف همة پرورش دهندگان، افزایش ماده خشک و بهینه سازی اقتصادی محصولات می باشد. دی اکسید کربن با توجه به بهبود رشد گیاهان، باروری محصولات راافزایش می دهد.
بعضی از مواردی که باروری محصولات به وسیلة غنی سازی دی اکسید کربن افزایش داده می شود عبارتند از :
گلدهی قبل از موعد
بازده میوه دهی بالاتر
کاهش جوانه های ناقص در گلها
بهبود استحکام ساقة گیاه و اندازة گل
بنابراین پرورش دهندگان گل و گیاه باید دی اکسید کربن را به عنوان یک مادة مغذی در نظر بگیرند.
برای اکثر محصولات گلخانه ای، میزان خالص فتوسنتز به واسطة بالا بردن میزان دی اکسید کربن از ppm 340 تا ppm1000 افزایش می یابد. آزمایش های صورت گرفته بر روی بیشتر گیاهان نشان دادهه است که با افزایش میزان دی اکسید کربن تا ppm1000 فتوسنتز به اندازة ۵۰% افزایش خواهد یافت. البته برای بعضی از گیاهان اضافه کردن دی اکسید کربن تا ppm 1000 در نورکم، از لحاظ اقتصادی، توصیه نمی شود. برای بعضی دیگر از گیاهان مانند گل لاله ، هیچ پاسخی نسبت به اضافه کردن دی اکسید کربن مشاهده نشده است. دی اکسیدکربن در خلال باز شدن دهانه ای، توسط فرآیند پخش به گیاه وارد می شود. استومتاها سلولهای اختصاصی هستند که به طور عمده در قسمت زیرین برگها و در لایة بیرونی قرار گرفته اند. باز و بسته شدن این سلولها اجازه می دهد که معاوضة گازها صورت گیرد. تغلیظ ۲CO دراطراف برگها، بالا گیری دی اکسید کربن در گیاهان را قویاً تحت تأثیر قرار می دهد. تغلیظ بیشتر ۲CO، منجر به بالا گیری بیشتر ۲CO در گیاهان می شود. سطح نور، دمای برگها و دمای هوای محیط، رطوبت نسبی، تنش آبی، غنی سازی دی اکسید کربن و میزان اکسیژن موجود در هوا و برگها از جمله فاکتورهای محیطی هستند که باز و بسته شدن استومتا را کنترل می نمایند.
غلظت دی اکسید کربن موجود در هوای محیط چیزی در حدود ppm340 (از لحاظ حجمی) می باشد. همة گیاهان در این شرایط به خوبی رشد می نمایند؛ اما بواسطة بالا رفتن غلظت ۲CO تا۱۰۰۰ ppm،، نرخ فتوسنتز نیز افزایش خواهد یافت؛ که در نهایت منجر به افزایش مواد قندی و کربو هیدراتهای قابل دسترس برای رشد گیاهان می شود. هر گونه گیاه سبز در حال رشد در یک گلخانه کاملاً بسته (که اصلاً تهویه نمی شود و یا اینکه تهویة کمی دارد) غلظت دی اکسید کربن را در طول روز به کمتر از ppm200 کاهش می دهد. کاهش در نرخ فتوسنتز، هنگامی که غلظت ۲CO از ppm 340 به ppm 200 می رسد، برابر است با افزایش آن هنگامی که غلظت ۲CO از ppm 340 به ppm 1300 می رسد. با یک حساب سرانگشتی در می یابیم که افت سطح دی اکسید کربن به پایینتر از سطح محیط تأثیرات بسیار بیشتری نسبت به افزایش آن به بالاتر از سطح محیط خواهد داشت.
در گلخانه های جدید و به بخصوص در سازه های دو جداره که نفوذ هوای بیرون کاهش یافته است؛ غلظت دی اکسید کربن در زمانهای بخصوصی از سال به راحتی می تواند به پایینتر از ppm 340 افتت نماید. این موضوع تأثیرات منفی قابل توجهی برروی رشد گیاهان خواهد داشت. تهویة مناسب در طول روز می تواند میزان دی اکسید کربن را تا نزدیکی سطح محیطی آن بالا ببرد؛ اما میزان آن هرگز به سطح محیطی ppm340 باز نخواهد گشت. تأمین دی اکسید کربن تنها روش غلبه بر این اختلاف سطح و افزایش غلظت ۲CO به بالاتر از ppm 340 است؛ که برای اکثر محصولات گلخانه ای پر منفعت می باشد. میزان غنی سازی دی اکسید کربن به نوع محصول، شدت نور، دما، تهویه، مرحلة رشد گیاه و ملاحظات اقتصادی بستگی دارد. نقطة اشباع دی اکسید کربن در غلظتی حدود ۱۰۰۰ تا ppm 1300 حاصل می شود. غلظت کمتری (۸۰۰ تا ppm1000) برای محصولاتی مانند گوجه فرنگی، خیار، فلفل و کاهو توصیه می شود. افزایش غلظت دی اکسید کربن دورة رشد گیاه را کوتاه می نماید (۵ تا۱۰ درصد)، کیفیت و بازده محصول را بهبود می بخشد و همچنین اندازه و ضخامت برگها را افزایش می دهد.
منابع دی اکسید کربن: دی اکسید کربن را می توان از سوزاندن سوختهای پایة کربن مانند گاز طبیعی، پروپان، نفت سفید و یا اینکه مستقیماً از تانکهای مخصوص نگهداری دی اکسید کربن خالص تهیهه نمود. البته هر یک از منابع فوق الذکر دارای مزایا و معایب بالقوه ای می باشند. وقتی که گاز طبیعی، پروپان یا نفت سفید سوزانده می شود، تنها دی اکسید کربن تولید نمی شود؛ بلکه همراه با آن حرارتت نیز تولید می شود، که به طور طبیعی موجب گرم شدن سیستم می شود. باید توجه داشت که احتراق ناقص یا سرایت مواد سوختی به داخل گلخانه، می تواند منجر به از بین رفتن گیاهان شود. اکثر منابع گاز طبیعی و پروپان دارای مقدار کمی (به اندازة کافی پایین) آلودگی می باشند. باید توجه داشت، در سوختی که برای تأمین دی اکسید کربن مورد استفاده قرار می گیرد، مقدار سولفور بیشتر از ۰٫۰۲% (از لحاظ وزنی) نباشد. احتراق سوختها همچنین منجر به تولید رطوبت می شود. برای گاز طبیعی به ازای هر متر مکعب گاز سوخته شده، kg 1.4 بخار آّب تولید می شود. در مورد پروپان، مقدار رطوبت تولید شده به ازاء هر کیلوگرم دی اکسید کربن، کمی پایین تر از گاز طبیعی است.
گاز طبیعی، پروپان و سوختهای مایع در ژنراتورهای مخصوص دی اکسیدکربن سوزانده می شوند. اندازة دستگاهها (Btu تولید شده) و اندازة جریان هوای افقی در گلخانه، تعداد و موقعیت این دستگاهها راا تعیین می نماید. مهمترین مشخصة این مشعلها این است که؛ سوخت باید به طور کامل سوزانده شود. بعضی از کارخانجات مشعلهایی ساخته اند که می تواند هم گازطبیعی و هم پروپان را مورد استفاده قرار دهد. به علاوه این واحدهای تولید ۲CO دارای خروجی قابل تنظیم هستند. اشکال بالقوه این سیستم این است که حرارت و بخار آب تولید شده ممکن است موجب تأثیر موضعی بر دما و شیوع بیماریها در گلخانه شود.
به عنوان یک پیشنهاد، می توان قسمتی از گاز دودکش بویلر گاز طبیعی، مربوط به سیستم حرارتی آب داغ، را به عنوان وسیله ای جهت تأمین دی اکسید کربن به داخل گلخانه هدایت نمود. البته اینن سیستم باید به چگالنده گاز دودکش، که برای تأمین این هدف طراحی شده است، مجهز باشد.
نکتة قابل توجه این است که همة بویلرها (بخصوص بویلرهای قدیمی) برای این کار طراحی نشده اند. بویلرهای گاز طبیعی باید احتراق تمیزی داشته باشند؛ اکسیدهای نیتروژن (NOx) و اتیلن تولید نکنند وو یا حداقل، مقدار آنها در محصولات احتراق کم باشد.
در این سیستم، لوله های گاز در جایی که بویلر به لولة دودکش متصل شده است، بیرون کشیده می شوند. واحد های چگالنده برای کاهش دما و رطوبت گاز ورودی به گلخانه طراحی می شوند. یکک سیستم کنترل مانیتوری، پیوسته محافظت ایمنی لولة گاز را برای کنترل سطح مونو اکسید کربن انجام می دهد. سطح مجاز مونو اکسیدکربن (CO) در لولة گاز چیزی بین ۶ تا ppm 10 است. یک هواکش ظرفیت پایین که دارای مکش کلی کمی است، حجم ثابتی از گاز را مکش می نماید. یک هواکش دیگر برای اختلاط گازهای دودکش با هوای گلخانه مورداستفاده قرار می گیرد؛ و در پایان این مخلوط به داخل گلخانه هدایت می شود. این سیستم شرایطی را فراهم می نماید که دی اکسید کربن از پایین به میان محصولات هدایت شده و قبل از خروج از منافذ و دریچه ها، در میان گیاهان به سمت بالا حرکت نماید. سیستم تحویل باید به گونه ای طراحی شده باشد که توزیع یکسانی را در سراسر گلخانه در بر داشته باشد.
می توان یک سیستم حرارتی آب داغ را برای افزایش بازده و نیز تأمین دی اکسید کربن در طول روز (هنگامی که نیازی به حرارت وجود ندارد) به یک تانکر عایق جهت ذخیرة آب داغ مجهز نمود. حرارت تولیدد شده در طول روز به وسیلة تانکر آب داغ ذخیره شده و در هنگام شب بر حسب نیاز مورد استفاده قرار می گیرد.
تأمین دی اکسید کربن با استفاده از گاز دودکش در تابستان، حرارت ذخیرة بسیار بیشتری از آنچه که به هنگام شب مورد نیاز است، حاصل می نماید. در طول ماههایی از تابستان، از آنجا که دمای محیطط بیرون به هنگام شب اغلب بالاتر از ۲۲ درجة سانتیگراد می باشد، حرارت ذخیره شده مورد نیاز نیست؛ در این موقعیت باید کاربرد دی اکسید کربن را محدود نمود.
دی اکسید کربن مایع (حتی با وجود اینکه معمولاً گرانتر است) مورد پسند بسیاری از پرورش دهندگان گل و گیاه قرار گرفته است.
مزایای عمدة استفاده از دی اکسید کربن مایع عبارتند از :
خلوص فراورده
عدم تولید حرارت و رطوبت
عدم نگرانی از زیان رساندن به محصولات
کنترل بهتر غلظت دی اکسید کربن در گلخانه
انعطاف در وارد کردن دی اکسید کربن به گلخانه در هر زمان
دی اکسید کربن خالص در مخازنی که توسط تریلر حمل می شود، به گلخانه منتقل می گردد. تانکرهای نگهداری مخصوص (که معمولاً از فروشنده اجاره می شود)، برای هر واحد گلخانه مورد نیاز است. دی اکسید کربن متراکم به صورت مایع می باشد و باید توسط یک واحد تبخیرکن، تبخیر شود.
سیستم توزیع دی اکسید کربن مایع در محیط گلخانه، از لحاظ طراحی و نصب ساده تر می باشد. اکثر استفاده کنندگان از این سیستم، لوله های پلی وینیل کلراید (pvc) انعطاف پذیر۱۸ میلیمتری را موردد استفاده قرار می دهند. این لوله ها باید در فواصل مناسب سوراخ شده باشند. برای یک بهره برداری کوچک ممکن است دی اکسید کربن توسط کپسول فراهم گردد.
هنگامی که فرد گلخانه دار برای پرورش گیاهان از کود حیوانی یا دیگر مواد ارگانیک استفاده می کند، غلظت دی اکسید کربن در گلخانه بواسطة فرآیند تفکیک افزایش خواهد یافت. مقدار تولید شده بهه پایداری کود حیوانی و فعالیت میکروارگانیسم ه، که مواد ارگانیک را به دی اکسید کربن تبدیل می کنند، وابسته است. البته تولید ۲CO از کود حیوانی تنها برای حدود یک ماه قابل توجه می باشد. در بعضی از موارد رشد ارگانیک پوشش میانی گیاه مانند الیاف نارگیل، غلظت دی اکسید کربن را در طول شب به حدود ppm 1200 افزایش خواهد داد. این موضوع معمولاً مشکلی ایجاد نمی کند؛ چراکه غلظت دی اکسید کربن در روشنایی روز به طور کاملاً سریع افت می نماید.
تراز های تکمیلی برای دی اکسید کربن :
امروزه اکثر پرورش دهندگان شرایط محیطی گلخانه را به وسیلة حسگرهای متصل به یک کامپیوتر مرکزی، برای یکپارچه سازی فاکتورهای محیطی مختلف، کنترل می نمایند. یک کنترل کنندة دی اکسیدد کربن، که معمولاً یک آنالیزگر گازی مادون قرمز ( IRGA ) می باشد، برای نمایش و کنترل حداقل و حداکثر غلظت دی اکسید کربن در گلخانه مورد استفاده قرار می گیرد. واحد IRGA را می توان به تنهایی یا مثل اکثر موارد در اتصال با یک کامپیوتر کنترل کنندة محیط بکار برد. در مورد اخیر، کامپیوتر کنترل کنندة محیط برای کنترل میزان دی اکسید کربن در اجماع با سطح نور، مرحلة تجدید هوا، و سرعت جریان هوا مورد استفاده قرار می گیرد؛ البته واحد IRGA به یک کالیبراسیون روزمره برای اطمینان از دقت اندازه گیری نیازمند است.
نرخ تأمین دی اکسیدکربن وابسته به پاسخ محصولات و ملاحظات اقتصادی می باشد. در حالت کلی تأمین دی اکسیدکربن به اندازة ppm 1000 در طول روز، هنگامی که دریچه ها بسته است، توصیه میی شود. هنگامی که دریچه ها به اندازة ۱۰% باز می شوند، می توان تأمین دی اکسیدکربن را قطع یا به مقدار ۴۰۰ تا ppm 600 کاهش داد. برای به دست آوردن بازده اقتصادی بالاتر می توان غلظت دی اکسیدکربن را با توجه به میزان نور تنظیم نمود. موارد زیر تدابیر توصیه شده برای پروش دهندگان سبزیجات می باشد :
در روزهای آفتابی در حالیکه دریچه هابسته هستند، میزان دی اکسیدکربن را به اندازة ۱۰۰۰ ppm تأمین نمایید.
در روزهای ابری، هنگامی که میزان نور پایینتر از ۲watt/m 40 می باشد، تأمین دی اکسیدکربن را تنها به اندازة ppm 400 در نظر بگیرید.
با این وجود اکثر پرورش دهندگان گل بدون توجه به میزان نور، غلظت دی اکسیدکربن را به طور ثابت در ppm 1000 در نظر می گیرند. کامپیوتر کنترل کنندة محیط را می توان با توجه به میزان نور، برای تنظیمم غلظت دی اکسیدکربن برنامه ریزی کرد؛ اما هنگامی که دریچه ها بیش از ۱۰% باز می شوند و یا با فرارسیدن مرحلة دوم از عملیات فن های خروجی، میزان دی اکسیدکربن را باید در مقدار ppm 400 ثابت نمود.
از آنجا که به هنگام شب هیچ فتوسنتزی رخ نمی دهد، طبیعتاً احتیاجی به تأمین دی اکسید کربن نمی باشد. در واقع تغلیظ دی اکسید کربن در نتیجة تنفس گیاه صورت خواهد گرفت. بنابراین مشاهدةة غلظت دی اکسیدکربن در حدود ۵۰۰ تا ppm 600 در اوایل صبح نباید غیر عادی به نظر برسد.
دی اکسیدکربن در یک گلخانه به وسیلة مبادلة طبیعی هوا و فتوسنتز کاهش می یابد.
تاثیر افزایش CO2 بر رشد پوشش گیاهی بیابان‌ها
کارشناسان زیست‌محیطی اعلام کردند که طی ۳۰ سال گذشته افزایش حجم دی اکسید کربن موجود در جو طی فرآیندی موسوم به «باروری با دی اکسید کربن» به رشد پوشش گیاهی در بیابان‌های نواحی خشک کمک کرده است.
به گزارش سرویس «محیط زیست» خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، محققان مرکز مطالعات CSIRO با همکاری کارشناسان دانشگاه ملی استرالیا و با استفاده از نقشه‌های ماهواره‌ای دریافته‌اند که پدیده باروری با دی اکسید کربن از سال ۱۹۸۲ تا ۲۰۱۰ میلادی، سبب رشد ۱۱ درصدی پوشش سبز گیاهی در نواحی خشک استرالیا، شمال آمریکا، خاورمیانه و آفریقا شده است.
«راندال دانهیو»، محقق مرکز مطالعات CSIRO می‌گوید: پوشش گیاهی بومی استرالیا در حد عالی با شرایط بسیار دشوار نواحی خشک سازگار شده و در نتیجه آب خیلی کمتری مصرف می‌کند. به نظر می‌رسد پوشش گیاهی استرالیا در مقابل پدیده باروری با دی اکسید کربن، سازگاری زیادی پیدا کرده است.
فرآیند باروری با دی اکسید کربن هنگامی رخ می‌دهد که افزایش حجم این گاز، سبب فعال‌سازی فرآیند فتوسنتز در برگ گیاهان می‌شود؛ فرآیندی که در آن گیاهان سبز نور خورشید را به قند تبدیل می‌کنند تا بدینوسیله بتوانند کربن بیشتری از هوا جذب کرده یا آب کمتری را از دست بدهند.
در صورتی که افزایش دی اکسید کربن در جو سبب کاهش مصرف آب در برگها شود، گیاهان مناطق خشک با افزایش تعداد برگ‌های خود به این پدیده واکنش نشان می‌دهند و این تغییرات در پوشش گیاهی مناطق فوق به وضوح در تصاویر ماهواره‌ای قابل مشاهده است.
به گزارش ایسنا به نقل از ساینس‌دیلی، دانهیو تاکید کرد: هرچند این یافته می‌تواند امیدوارکننده باشد اما با این حال از اثرات سوء افزایش دی اکسید کربن بر روی آب‌ها، چرخه کربن و تنوع زیستی نیز نباید غافل شد.
منبع: http://mehrmihan.ir/co2-impact-on-the-growth-of-plants/
مطالب جالب دیگر
- ۹۵/۱۲/۰۱