بيولوجيا النباتات الأساسية

يعلق هذا القسم بإيجاز على الأجزاء الرئيسية من النبات ثم يناقش تغذية النبات (الشكل 6.3). و هناك مزيد من المناقشة خارج نطاق هذا المنشور, و لكن يمكن الاطلاع على مزيد من المعلومات في القسم الخاص بالقراءة الإضافية.

تشريح النبات الأساسي ووظيفته

الجذور

الجذور تمتص الماء والمعادن من التربة. الشعر الجذر الصغير التمسك من الجذر، مما يساعد على عملية الامتصاص. الجذور تساعد على ترسيخ النبات في التربة، ومنعه من السقوط. الجذور أيضا تخزين المواد الغذائية الإضافية للاستخدام في المستقبل. تظهر الجذور في الثقافة الأقل تربة اختلافات مثيرة للاهتمام عن النباتات القياسية في الأرض. في الثقافة الأقل تربة، يتم تزويد النباتات بالمياه والمواد المغذية باستمرار، والتي يتم تسهيلها في البحث عن المغذيات ويمكن أن تنمو بشكل أسرع. يمكن أن يكون نمو الجذور في الزراعة المائية مهمًا للامتصاص المكثف والتسليم الأمثل للفوسفور الذي يحفز نموها. تجدر الإشارة إلى أن الجذور تحتفظ بما يقرب من 90 في المئة من المعادن التي تمتصها النباتات، والتي تشمل الحديد والزنك والمغذيات الدقيقة المفيدة الأخرى.

ينبع

ينبع هي هيكل الدعم الرئيسي للمصنع. كما أنها بمثابة نظام السباكة في النبات، وإجراء المياه والمواد المغذية من الجذور إلى أجزاء أخرى من النبات، في حين نقل المواد الغذائية من الأوراق إلى مناطق أخرى. يمكن أن تكون السيقان عشبية، مثل الجذعية القابلة للانحناء من ديزي، أو خشبية، مثل جذع شجرة البلوط.

أوراق

يتم إنتاج معظم الطعام في النبات في الأوراق. تم تصميم الأوراق لالتقاط أشعة الشمس، والتي يستخدمها النبات بعد ذلك لصنع الطعام من خلال عملية تسمى التمثيل الضوئي. الأوراق مهمة أيضا لنتح المياه.

الزهور

الزهور هي الجزء التناسلي من معظم النباتات. الزهور تحتوي على حبوب اللقاح والبيض الصغيرة تسمى البويضات. بعد تلقيح الزهرة وتخصيب البويضة، تتطور البويضة إلى ثمرة. في التقنيات الأقل تربة، يمكن للتسليم الفوري للبوتاسيوم قبل الإزهار أن يساعد النباتات على الحصول على إعدادات فاكهة أفضل.

الفاكهة/البذور

يتم تطوير الفواكه أجزاء من المبيضين زهرة التي تحتوي على البذور. وتشمل الفواكه التفاح والليمون والرمان، ولكن تشمل أيضا الطماطم والباذنجان وحبات الذرة والخيار. وتعتبر هذه الأخيرة الفواكه بالمعنى النباتي لأنها تحتوي على بذور، على الرغم من أنها غالبا ما يشار إليها في تعريف الطهي بالخضراوات. البذور هي الهياكل الإنجابية للنباتات، والفواكه تساعد على نشر هذه البذور. النباتات الاثمار لديها متطلبات غذائية مختلفة من الخضروات الخضراء الورقية، وخاصة تتطلب المزيد من البوتاسيوم والفوسفور.

التمثيل الضوئي

تم تصميم جميع النباتات الخضراء لتوليد الطعام الخاصة بهم باستخدام عملية التمثيل الضوئي (الشكل 6.4). يتطلب التمثيل الضوئي الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والماء والضوء. داخل المصنع توجد عضويات صغيرة تسمى الكلوروبلاستس التي تحتوي على الكلوروفيل، وهو إنزيم يستخدم الطاقة من أشعة الشمس لكسر ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي (CO₂) وخلق جزيئات سكر عالية الطاقة مثل الجلوكوز. ومن الضروري لهذه العملية الماء (H₂O). هذه العملية تطلق الأكسجين (O₂)، وهي مسؤولة تاريخيا عن كل الأكسجين في الغلاف الجوي. وبمجرد إنشائها، يتم نقل جزيئات السكر في جميع أنحاء النبات واستخدامها في وقت لاحق لجميع العمليات الفسيولوجية مثل النمو والتكاثر والتمثيل الغذائي. في الليل، تستخدم النباتات نفس هذه السكريات، وكذلك الأكسجين، لتوليد الطاقة اللازمة للنمو. وتسمى هذه العملية التنفس.

ومن الحيوي تحديد موقع وحدة أكوابونك في مكان حيث كل مصنع سوف يكون الوصول إلى أشعة الشمس. وهذا يضمن الطاقة الكافية لعملية التمثيل الضوئي. يجب أن تكون المياه متاحة دائما للجذور من خلال النظام. ثاني أكسيد الكربون هو متاح بحرية من الغلاف الجوي، على الرغم من أنه في الثقافة الداخلية المكثفة جدا فمن الممكن أن النباتات تستخدم كل من ثاني أكسيد الكربون في المنطقة المغلقة وتتطلب التهوية.

متطلبات المغذيات

بالإضافة إلى هذه المتطلبات الأساسية لعملية التمثيل الضوئي، تحتاج النباتات إلى عدد من العناصر الغذائية، ويشار إليها أيضًا بالأملاح غير العضوية. هذه العناصر الغذائية مطلوبة للإنزيمات التي تسهل التمثيل الضوئي، للنمو والتكاثر. يمكن الحصول على هذه العناصر الغذائية من التربة. ومع ذلك، في غياب التربة، يجب توفير هذه العناصر الغذائية بطريقة أخرى. في أكوابونيكش، كل هذه العناصر الغذائية الأساسية تأتي من نفايات الأسماك.

هناك فئتان رئيسيتان من المغذيات: المغذيات الكبيرة والمغذيات الدقيقة. كلا النوعين من المغذيات ضرورية للنباتات، ولكن بكميات مختلفة. وهناك حاجة إلى كميات أكبر بكثير من المغذيات الكبيرة الستة مقارنة بالمغذيات الدقيقة، التي لا حاجة إليها إلا بكميات ضئيلة. وعلى الرغم من أن جميع هذه العناصر الغذائية موجودة في نفايات الأسماك الصلبة، فإن بعض العناصر الغذائية قد تكون محدودة من حيث الكمية في أكوابونيا مما يؤدي إلى نقص، مثل البوتاسيوم والكالسيوم والحديد. فهم أساسي لوظيفة كل مغذيات مهم لتقدير كيفية تأثيرها على نمو النبات. وفي حالة حدوث نقص في المغذيات، من المهم تحديد العنصر الذي لا يوجد في النظام أو ينقصه، وتعديل النظام وفقاً لذلك بإضافة سماد إضافي أو زيادة التمعدن.

المغذيات الكبيرة

هناك ستة مواد غذائية تحتاجها النباتات بكميات كبيرة نسبياً. هذه العناصر الغذائية هي النيتروجين والفوسفور والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم والكبريت. و توضح المناقشة التالية و ظيفة هذه المغذيات الكبيرة داخل المصنع. كما يتم سرد أعراض أوجه القصور من أجل المساعدة في تحديد المشاكل.

**النيتروجين (N) ** هو أساس جميع البروتينات. ومن الضروري لبناء الهياكل، والتمثيل الضوئي، ونمو الخلايا، وعمليات التمثيل الغذائي وإنتاج الكلوروفيل. على هذا النحو، النيتروجين هو العنصر الأكثر شيوعا في النبات بعد الكربون والأكسجين، وكلاهما يتم الحصول عليها من الهواء. ولذلك فإن النيتروجين هو العنصر الرئيسي في محلول المغذيات المائية ويعمل كمؤشر وكيل سهل القياس للمغذيات الأخرى. عادة، النيتروجين المذاب هو في شكل نترات، ولكن النباتات يمكن أن تستخدم كميات معتدلة من الأمونيا وحتى الأحماض الأمينية الحرة لتمكين نموها. أوجه نقص النيتروجين واضحة، وتشمل اصفرار الأوراق القديمة، والسيقان الرقيقة، وضعف النشاط (الشكل 6.5أ). ويمكن إعادة تخصيص النيتروجين داخل الأنسجة النباتية، وبالتالي يتم تعبئته من الأوراق القديمة وتسليمه إلى نمو جديد، وهذا هو السبب في وجود أوجه قصور في النمو الأكبر سنا. يمكن أن يسبب الإفراط في النيتروجين النمو الخضري الزائد، مما يؤدي إلى النباتات الخصبة والناعمة عرضة للأمراض وتلف الحشرات، فضلا عن التسبب في صعوبات في مجموعة الزهور والفاكهة.

**يستخدم الفوسفور (P) ** من قبل النباتات كالعمود الفقري للحمض النووي (حمض ديوكسيريبونوكليك)، كمكون هيكلي للأغشية الفوسفورية، وكثلاثي فوسفات الأدينوزين (المكون لتخزين الطاقة في الخلايا). فمن الضروري لعملية التمثيل الضوئي، فضلا عن تشكيل الزيوت والسكريات. وهو يشجع الإنبات وتطوير الجذور في الشتلات. وعادة ما تسبب نقص الفوسفور ضعف نمو الجذور لأن الطاقة لا يمكن نقلها بشكل صحيح من خلال النبات؛ وتبدو الأوراق القديمة خضراء مملة أو حتى بنية أرجوانية، وتظهر أطراف الأوراق محرقة.

**يستخدم البوتاسيوم (K) ** لإشارات الخلايا عن طريق تدفق الأيونات المتحكم فيه عبر الأغشية. كما يسيطر البوتاسيوم على فتح الفم، ويشارك في مجموعة الزهور والفاكهة. وهي تشارك في إنتاج ونقل السكريات، وامتصاص المياه، ومقاومة الأمراض ونضج الفواكه. يظهر نقص البوتاسيوم على شكل بقع محترقة على الأوراق القديمة وضعف النشاط النباتي والتورجور (الشكل 6.5b). بدون البوتاسيوم، لن تتطور الزهور والفواكه بشكل صحيح. يمكن رؤية الكلوروسيس interveinal، أو الاصفرار بين عروق الأوراق، على الهوامش.

**الكالسيوم (كاليفورنيا) ** يستخدم كمكون هيكلي لكل من جدران الخلايا وأغشية الخلايا. وهي تشارك في تعزيز السيقان، وتساهم في تطوير الجذور. و أوجه القصور شائعة في الزراعة المائية و تظهر دائما في أحدث نمو لأن الكالسيوم غير متحرك داخل النبات. حروق غيض من الخس وتعفن نهاية أزهار الطماطم والكوسا هي أمثلة على نقص. في كثير من الأحيان، يتم تشويه الأوراق الجديدة مع نصائح مدمن مخدرات والأشكال غير النظامية. لا يمكن نقل الكالسيوم إلا من خلال نضح الزيلم النشط، لذلك عندما تكون الظروف رطبة جدا، يمكن أن يكون الكالسيوم متاحا ولكن مغلق لأن النباتات لا تنتقل. زيادة تدفق الهواء مع فتحات التهوية أو المراوح يمكن أن تمنع هذه المشكلة. إضافة الرمال المرجانية أو كربونات الكالسيوم يمكن استخدامها لتكملة الكالسيوم في أكوابونيكش مع فائدة إضافية من التخزين المؤقت للدرجة الحموضة.

**المغنيسيوم (Mg) ** هو متقبل الإلكترون المركزي في جزيئات الكلوروفيل وهو عنصر أساسي في عملية التمثيل الضوئي. ويمكن أن ينظر إلى أوجه القصور على أنها اصفرار الأوراق بين الأوردة وخاصة في الأجزاء القديمة من النبات. على الرغم من أن تركيز المغنيسيوم منخفض في بعض الأحيان في أكوابونيكش، فإنه لا يبدو أن المغذيات الحد، وإضافة المغنيسيوم إلى النظام هو عموما غير ضروري.

**الكبريت (S) ** ضروري لإنتاج بعض البروتينات، بما في ذلك الكلوروفيل وغيرها من الإنزيمات التخليقية الضوئية. يحتوي كل من الأحماض الأمينية الميثيونين والسيستين على الكبريت، مما يساهم في البنية الثالثة لبعض البروتينات. أوجه القصور نادرة، ولكن تشمل اصفرار عام من أوراق الشجر بأكملها في النمو الجديد (الشكل 6.5c). قد تصبح الأوراق صفراء، قاسية وهشة، وتسقط.

المغذيات الدقيقة

وفيما يلي قائمة من العناصر الغذائية التي هي مطلوبة فقط في الكميات النزرة. وتشمل معظم حالات النقص في المغذيات الدقيقة اصفرار الأوراق (مثل الحديد والمنغنيز والموليبدينوم والزنك). ومع ذلك، فإن نقص النحاس يتسبب في تغميق الأوراق لونها الأخضر.

**الحديد (الحديد) ** يستخدم في الكلوروبلاستس وسلسلة نقل الإلكترون، وهو أمر بالغ الأهمية للتركيب الضوئي السليم. وينظر إلى أوجه القصور على أنها اصفرار متداخلة، تليها أوراق الشجر بأكملها تتحول إلى أصفر شاحب (كلوروتيك) ثم بيضاء في نهاية المطاف مع بقع نخرية وهوامش أوراق مشوهة. وبما أن الحديد هو عنصر غير منقول، فإن نقص الحديد (الشكل 6.5d) يمكن التعرف عليه بسهولة إذا ظهرت أوراق جديدة كلوروتيك. يجب إضافة الحديد كحديد مخلب، المعروف باسم الحديد المعزول أو FeiedTa، لأن الحديد مناسب لترسب عند درجة الحموضة أكبر من 7. والإضافة المقترحة هي 5 ملليلتر لكل متر^مربع من السرير عند الاشتباه في وجود نقص؛ وكمية أكبر لا تضر النظام، ولكن يمكن أن تسبب تغير لون الخزانات والأنابيب. وقد أشير إلى أن مضخات الدفع المغناطيسي المغمورة يمكنها عزل الحديد وهي موضوع بحوث حالية.

**يستخدم المنغنيز (Mg) ** لتحفيز تقسيم المياه أثناء عملية التمثيل الضوئي، وعلى هذا النحو، المنغنيز مهم لنظام التمثيل الضوئي بأكمله. وتظهر أوجه القصور كانخفاض معدلات النمو، والمظهر الرمادي الباهت، والاصفرار المتداخل بين الأوردة التي لا تزال خضراء، يليه نخر. الأعراض مشابهة لنقص الحديد وتشمل الكلوروسيس. امتصاص المنغنيز ضعيف جدا عند درجة الحموضة أكبر من 8.

**يستخدم البورون (B) ** كنوع من المحفز الجزيئي، وخاصة في السكريات الهيكلية والبروتينات السكرية، ونقل الكربوهيدرات، وتنظيم بعض المسارات الأيضية في النباتات. وتشارك أيضا في التكاثر وامتصاص المياه من قبل الخلايا. وقد ينظر إلى أوجه القصور على أنها تطور برعم غير مكتملة ومجموعة زهرة، وانقطاع النمو ونخر الطرف، ونخر الجذعية والجذور.

**الزنك (الزنك) ** يستخدم من قبل الإنزيمات وأيضا في الكلوروفيل، مما يؤثر على الحجم الكلي للنبات والنمو والنضج. و يمكن ملاحظة أوجه القصور باعتبارها ضعف النشاط, و توقف النمو مع انخفاض الطول بين العقدي و حجم الورقة, و الكلوروسيس الوريدي التي يمكن الخلط بينها و بين أوجه القصور الأخرى.

**النحاس (النحاس) ** يستخدم من قبل بعض الإنزيمات، وخاصة في التكاثر. كما أنه يساعد على تقوية السيقان. قد تشمل أوجه القصور الكلوروسيس ونصائح الأوراق البني أو البرتقالي، وانخفاض نمو الفواكه، والنخر. في بعض الأحيان، يظهر نقص النحاس على أنه نمو أخضر داكن بشكل غير طبيعي.

**الموليبدينوم (مو) ** يستخدم من قبل النباتات لتحفيز تفاعلات الأكسدة بالاختزال مع أشكال مختلفة من النيتروجين. دون الموليبدينوم كافية، يمكن للنباتات أن تظهر أعراض نقص النيتروجين على الرغم من وجود النيتروجين. الموليبدينوم غير متوفر بيولوجيا عند درجة الحموضة أقل من 5.

ويتوقف توافر الكثير من هذه العناصر الغذائية على الرقم الهيدروجيني (انظر القسم 6-4 للاطلاع على التوافر المعتمد على درجة الحموضة)، وعلى الرغم من أن العناصر الغذائية قد تكون موجودة، فإنها قد تكون غير صالحة للاستعمال بسبب نوعية المياه. وللحصول على مزيد من التفاصيل عن نقص المغذيات خارج نطاق هذا المنشور، يرجى الرجوع إلى القسم المتعلق بالقراءة الإضافية للاطلاع على أدلة التعريف المصورة.

مصادر أكوابونك من المواد الغذائية

يتم توفير النيتروجين للنباتات المائية بشكل رئيسي في شكل نترات، وتحويلها من الأمونيا من النفايات السمكية من خلال النتريكتيون البكتيرية. يتم حل بعض العناصر الغذائية الأخرى في الماء من نفايات الأسماك، ولكن معظمها يبقى في حالة صلبة غير متوفرة للنباتات. يتم تقسيم النفايات السمكية الصلبة عن طريق البكتيريا المتغايرة؛ وهذا الإجراء يطلق العناصر الغذائية الأساسية في الماء. أفضل طريقة لضمان أن النباتات لا تعاني من أوجه القصور هي الحفاظ على درجة الحموضة المثلى للمياه (6-7) وتغذية الأسماك اتباع نظام غذائي متوازن وكامل، واستخدام نسبة معدل التغذية لتحقيق التوازن بين كمية تغذية الأسماك للنباتات. ومع ذلك، مع مرور الوقت، حتى نظام أكوابونك متوازن تماما قد تصبح ناقصة في بعض العناصر الغذائية، في معظم الأحيان البوتاسيوم الحديد أو الكالسيوم.

أوجه القصور في هذه العناصر الغذائية هي نتيجة لتكوين تغذية الأسماك. الكريات العلف السمكية (التي نوقشت في الفصل السابع) هي غذاء كامل للأسماك، وهذا يعني أنها توفر كل ما تحتاجه الأسماك لتنمو، ولكن ليس بالضرورة كل ما تحتاجه لنمو النبات. الأسماك ببساطة لا تحتاج إلى نفس كميات الحديد والبوتاسيوم والكالسيوم التي تتطلبها النباتات. على هذا النحو، قد تحدث أوجه قصور في هذه العناصر الغذائية. ويمكن أن يكون هذا مشكلة بالنسبة لإنتاج النباتات، ولكن هناك حلول متاحة لضمان كميات مناسبة من هذه العناصر الثلاثة.

و بصفة عامة, يضاف الحديد بانتظام كحديد مخلب في النظام المائي لل وصول إلى تركيزات تبلغ حوالي 2 ملغم/لتر. يتم إضافة الكالسيوم والبوتاسيوم عند التخزين المؤقت للمياه إلى درجة الحموضة الصحيحة، حيث أن النتريفيتيون عملية تحمض. وتضاف هذه كهيدروكسيد الكالسيوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم، أو كربونات الكالسيوم وكربونات البوتاسيوم (انظر الفصل 3 لمزيد من التفاصيل). يمكن اختيار اختيار المخزن المؤقت على أساس نوع النبات الذي يزرع, كما الخضروات الورقية قد تحتاج إلى المزيد من الكالسيوم, والنباتات الاثمار المزيد من البوتاسيوم. وبالإضافة إلى ذلك، يناقش الفصل التاسع كيفية إنتاج الأسمدة العضوية البسيطة من السماد لاستخدامها كمكملات لنفايات الأسماك، مما يضمن أن النباتات تتلقى دائماً الكمية المناسبة من العناصر الغذائية.

• المصدر: منظمة الأمم المتحدة للأغذية والزراعة، 2014، كريستوفر سمرفيل، موتي كوهين، إدواردو بانتانيلا، أوستن ستانكوس، أليساندرو لوفاتيلي، إنتاج الأغذية المائية الصغيرة، http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. مستنسخة بإذن *