1. fejezet - Növénynevelés laboratóriumi kísérletekhez

szerző: Dr. Fodor Ferenc

Tartalom

1.1. A környezeti tényezők kontrollja
1.2. A tápelemek
1.3. Növénynevelés talajban
1.3.1. Homogén talaj víztartalmának meghatározása
1.3.2. Homogén talaj vízkapacitásának meghatározása
1.4. Növénynevelés tápoldatban
1.4.1. Tápoldatok összeállítása
1.4.2. A növények csíráztatása
1.4.3. Az ültetés
1.5. Feladatok
1.5.1. Uborka növények nevelése különböző tápoldatokban
1.5.2. Uborka és búza nevelése talajon

1.1. A környezeti tényezők kontrollja

A szabad természetben élő növények életük során adaptálódtak az élőhelyükre jellemző környezeti tényezőkhöz. E tényezők közül legmeghatározóbbak a fény, a hőmérséklet, a vízellátás és a levegő gázösszetétele. A fény intenzitása, összetétele egy adott helyen a napszakok, illetve az évszakok váltakozásától és az útjában lévő akadályoktól (pl. árnyékoló fák koronája) függ. A hőmérsékletre is ehhez hasonló változékonyság jellemző. A vízellátást meghatározzák a csapadékviszonyok és a talaj vízmegtartó képessége, míg a levegő gázösszetétele (páratartalom, CO2, mérgező gázok koncentrációja) a légmozgástól függ. A talaj is számos pontról pontra változó paramétert mutat. Ezek közül kiemelkedik a szilárd talajrészecskék és a talajodat elemtartalma, a pH és a szerves anyag tartalom.

A növények fiziológiai vizsgálatához megmérhetjük különböző tulajdonságaikat a szabad természetben is, illetve mintákat gyűjthetünk, hogy ezeket utóbb a laboratóriumokban elemezzük, de az egyes mért értékek, pl. fotoszintetikus pigment koncentráció vagy a tápelem tartalom igen széles határok között változnak annak függvényében, hogy az adott növények milyen környezeti tényezőkhöz alkalmazkodtak. Ugyanazon növényfaj egyedeinek akár egyetlen réten is eltérő lehet pl. a klorofill koncentrációja, így egy átlagos érték megállapításához nagyon sok mérést kell átlagolnunk, hiszen a környezeti tényezők befolyásolják a mért értéket. Ahhoz, hogy a genetikailag meghatározott optimális értéket meg tudjuk mérni egy-egy paraméterből, illetve két fajt/változatot össze tudjunk hasonlítani, előbb a környezeti tényezőket kell egységesíteni, optimalizálni. A növénynevelés során tehát mindenekelőtt erre törekszünk. Ennek érdekében a kísérletekhez úgynevezett kísérleti parcellákat hoznak létre, amelyekben az egymás melletti sorokban vagy parcellákban növekedő növényeket hasonló környezeti hatások érik. Ám ezek is talajban nőnek és a talaj elemtartalma pontról pontra változhat. Ezért a talajból mintát lehet venni, majd összekeverni, homogenizálni, és tenyészedényekbe tenni, ami nagyjából azonos tulajdonságú talajt biztosít a növényneveléshez. A környezeti tényezők egységes, állandó szinten tartását azonban az biztosítja leginkább, ha bevisszük a tenyészedényeket a laboratóriumba, pontosabban klimatizált növénynevelő helyiségekbe, kamrákba és ott kezdjük meg a nevelést. Ez már lehetővé teszi, hogy a növények különböző fiziológiai válaszreakcióit különböző kezelésekre biztonsággal tudjuk mérni csupán néhány, minimum 3-5 ismételt mérés segítségével is. Vannak azonban olyan paraméterek, amelyek még így is nehezen mérhetők. Például, ha azt szeretnénk megtudni, hogy a vizsgált növény gyökere mennyi káliumot vesz fel, akkor a talajban történő nevelés több szempontból sem a legjobb módszer. A méréshez ugyanis a gyökeret el kell távolítani a talajból. Az oldalgyökerek és gyökérszőrök azonban olyan mértékben belenőnek a talaj pórusaiba, és behálózzák a talajrészecskéket, hogy csaknem lehetetlen megtisztítani őket. Ezért mosást alkalmaznak, ami viszont a gyökérből is eltávolíthatja a kálium egy részét. Így a tápelem felvételi vizsgálatokhoz a legalkalmasabbak a talaj nélküli, csak tápoldatokat alkalmazó, úgynevezett hidroponikus növénykultúrák, vagy vízkultúrák.

A kutatáshoz felhasználható növények előállításának tehát alapvető követelménye, hogy a növény növekedéséhez szükséges feltételeket optimalizáljuk. Ehhez először is megfelelő intenzitású és hullámhosszú fényt kell biztosítanunk a nevelőkamrákban. A rendelkezésre álló sokféle világítóeszköz (fémhalogén, kvarc és LED izzók, fénycsövek stb.) közül a legmegfelelőbbek azok, amelyek a nappali fényhez leginkább közelálló spektrumú fényt biztosítják. A napfény intenzitását (kb. 2000 µmol foton m-2 s-1 PPFD, fotoszintetikus fotonáram sűrűség, lényegében fényintenzitás) a mesterséges világítóeszközök azonban általában nem érik el, de nincs is rá feltétlenül szükség, ugyanis a termesztett növények többsége jóval alacsonyabb (akár 150 µmol foton m-2 s-1) fényintenzitáson is gyorsan megnő. (A fény intenzitásának növekedésével a fejlődő hő mennyisége is nő, amit nehéz elvezetni – erre a problémára az új fejlesztésű világítóeszközök jelenthetnek megoldást.) Fontos még a fényperiódus, vagyis a sötét és megvilágított időtartam naponkénti aránya, amely befolyásolja a növények fejlődését (pl. virágzás). Ezt időzített kapcsolóórákkal lehet szabályozni.

A hőmérséklet szabályozását termosztáttal irányított hűtő és fűtő klímarendszerrel oldják meg. Nappal a hazai termesztett növények igénye szerint 25-27 ºC-ra, míg éjjel 20-22 ºC-ra állítjuk be a hőmérsékletet. Ezeken túl biztosítani kell a légtérben az állandó páratartalmat (70%). Erre vagy olyan klímarendszer képes, amely a befújt levegőt párásítja, vagy külön szabályozórendszerrel működtetett vízporlasztóra van szükség, amely desztillált víz permetet juttat a helyiségbe/kamrába. A növények neveléséhez egyes cégek kisebb vagy nagyobb méretű, akár szoba nagyságú, klimatizált ún. fitotron kamrát gyártanak (1.1. ábra). Ezekben, igény szerint, akár a levegő gázösszetételét is szabályozni lehet. A többi környezeti tényező mesterséges szabályozása a növénynevelés módjától függ: talajban vagy tápoldatban más tényezőkre kell figyelemmel lennünk.

1.1. ábra Kísérleti növények klímakontrollált nevelésére szolgáló, kis méretű, fitotron kamra fényképe

1.1. ábra Kísérleti növények klímakontrollált nevelésére szolgáló, kis méretű, fitotron kamra

A talajkultúrák esetén csupán a megfelelő vízellátást kell biztosítanunk. A hidroponikus kultúrában a növény gyökere talaj helyett tápoldatba merül. Itt természetszerűleg a növény vízellátása folyamatos, de problémaként merül fel a gyökér oxigénellátása és a tápanyag utánpótlás. A megfelelő oxigénellátást biztosíthatjuk a tápoldat időnkénti cseréjével, vagy levegő átbuborékoltatásával. A növény víz- és tápanyagfelvétele (ill. ionleadása) koncentrációváltozást okoz az oldatban, és emellett az oldat állandó pH-változásával is számolni kell. Ennek kiküszöbölésére szintén alkalmas a tápoldat csere, de használnak folyamatosan áramoltatott vagy átfolyó kultúrát is, amelyben az oldat tápanyagtartalmát állandó szinten tartják. A növény gyökere így mindig friss folyadékréteggel érintkezik. A növénynevelés ideális, ámde költséges módszere az ún. aeroponikus kultúra, amelyben egy rotor folyamatosan tápoldatot porlaszt egy kamra légterébe. Ezzel a permettel érintkezik a gyökér.

A vízkultúrákat nemcsak laboratóriumi körülmények között használják, hanem nagyterületű, tökéletesen kontrollálható kereskedelmi árutermelésre is. Ezek az átfolyó kultúrák különösen ott gazdaságosak, ahol a fűtést a geotermikus energia szolgáltatja. Az átfolyó kultúra pH-ját és ion összetételét ion-szelektív elektródokkal ellenőrzik és a hiányzó ionokat automatikus rendszerek pótolják. Ezzel a technikával előre megrendelhető az érett, szállítható termés. A termésérés idejét a növényfajtákra vonatkozóan meg tudjuk állapítani ismert fény-, hőmérséklet viszonyok és tápanyag-összetétel esetén. Ilyen rendszerű paradicsom-termesztés megtalálható például Szentesen.