به طور کلی، شیوه رشد و میزان محصول گیاهان توسط دو گروه از عوامل کنترل می شود. این دو گروه عبارتند از اول، عوامل ارثی که استعداد ذاتی گیاه را از نظر کمیت و کیفیت رشد و تولید محصول معین می نماید و دوم، عوامل و پدیده های محیطی که زمینه به فعالیت در آمدن استعداد ارثی را فراهم می آورند. مهمترین عوامل محیطی موثر در رشد گیاهان عبارتند از محیط کشت ریشه یا به عبارتی محیط رشد ریشه، که آب و مواد غذایی را در اختیار گیاه قرار میدهد و همچنین آن را پا برجا نگه میدارد ، انرژی تابشی، که به گیاه نور و گرما می رساند و هوا که اکسیژن، گاز دی اکسید کربن و اندکی از نیتروژن مورد نیاز گیاه را فراهم می سازد.
کیفیت و کمیت خاک و انرژی تابشی در نواحی مختلف دنیا بسیار متفاوت است. در صورتی که هوا، به طور معمول، در مقایسه با دو عامل دیگر، چندان تغییر نمی نماید. هرچند که مشکل روزافزون آلودگی هوا و تغییر اقلیم باید مورد توجه جدی قرار گیرد. هر کدام از این سه عامل در صورت محدود بودن و یا نامناسب بودن، رشد و تولید محصول گیاهان را به تناسب زیر تاثیر قرار داده و محدود می سازند. از آن جایی که نواحی مختلف دنیا شرایط مختلفی دارند و گیاه نیز به طور معمول مجبور به زندگی در محل ثابتی می باشد، برای تولید بیشینه محصول، باید یا گیاهی که به شرایط محیط مورد نظر سازگاری دارد کشت نمایند و یا شرایط محیطی محل را فراخور گیاه تغییر دهند. برخی از عوامل محیطی، تا حدودی، توسط بشر قابل تغییرند، در حالی که تغییر برخی دیگر به آسانی ممکن نیست. برای مثال، می توان کمبود آب و کم بودن حاصلخیزی خاک را با آبیاری و مصرف کود جبران نمود ولی تنظیم دمای محیط رشد، از نظر اقتصادی، به صورت محدود و آن هم در گلخانه ها و یا محیطهای کوچک و بسته سودآور می باشد. بنابراین، در نواحی سردسیر بایستی گیاهان مقاوم به سرما و در نقاط گرمسیر گیاهان بی نیاز به سرما را کاشت. همچنان که گیاهان روز بلند نیز بایستی در نواحی یا در فصل هایی که طول روز بلند دارند کاشته شوند. در این میان، محیط کشت ریشه گیاه از اهمیت وافری برخوردار است و در رشد و نمو گیاه تاثیری به سزا دارد.
محیط کشت باید این توانایی را داشته باشد که برای ریشه ها، آب و هوا تامین کند
اثر هوادهی بر رشد ریشه ها
منفذها یا فضاهای با اندازه های مختلف درون محیط کشت، انجام هر دو وظیفه را همزمان میسر می سازد. هنگامی که به یک گیاه آب داده می شود، به تقریب، تمام فضاهای منافذ آن با آب پر می شود. پس از تمام شدن آبیاری، آبی که منفذهای بزرگ (غیر موئین) را پر کرده با کشش گرانشی زمین، از خاک یا از ته گلدان زهکش می شود و منفذها دوباره با هوا پر می شوند. منفذه های کوچکتر (موئین) آب را نگه می دارند. مقدار آبی که در ظرف توسط محیط کشت پس از آبیاری و زهکشی باقی می ماند، به دو گروه آب در دسترس و آب غیر قابل دسترس. تقسیم می شود. آب در دسترس، آزادانه توسط ذره های محیط کشت نگهداشته شده و می تواند توسط ریشه های گیاه جذب شود. آب غیر دسترس، محکم به سطح ذره های محیط کشت چسبیده به گونه ای که ریشه ها قادر نیستند آن را جذب کنند. هنگامی که گیاه، تمام آب در دسترس را جذب کرده، به نقطه پژمردگی دائما رسیده است (فصل ۱۰، آب را نگاه کنید). محیط کشتی مناسب است که دارای توازنی بین منفذهای موئین و غیر موئین باشد تا موجب رشد بهینه ریشه شود.
آب آبیاری توسط گرانش زمین به درون محیط کشت رفته و با عمل موئین به اطراف حرکت می کند که شامل دگر چسبی یعنی قابلیت مولکول های آب برای چسبیدن به سایر مواد مانند ذره های محیط کشت و همچسبی یعنی قابلیت آب برای چسبیدن مولکول های آب به یکدیگر می باشد. نخست، مولکول های آب به ذره های محیط کشت می چسبند. لایه آبی که در اطراف ذره های محیط کشت قرار دارد، مولکول های آب بیشتری را به خود جذب می کند که موجب حرکت بیشتر آب در محیط کشت می شود. در این مجراها آب به طرف پائین در جوی های باریکی با حرکت جانبی اندک، جریان می یابند. این عمل تمام محیط کشت را از مرطوب شدن باز می دارد، رشد را محدود کرده و باعث کاهش آبشوئی نمک های محلول اضافی از محیط می شود.
pH خاک، مربوط به اسیدی یا قلیایی بودن محلول خاک می باشد. pH لگاریتم معکوس غلظت یون های هیدروژن در خاک می باشد. مقدار pH به شدت، بر در دسترس بودن مواد غذایی برای ریشه های گیاه اثر دارد و معیاری برای غلظت یون های هیدروژن در محلول آب خاک است. مقدار آن از ۱ تا ۱۴ است. pH برابر ۷، خنثی، بالاتر از ۷، بازی (قلیائی) و پائین تر از ۷، اسیدی است. مقدار توصیه شده pH برای هر گونه گیاهی متغیر است. توصیه های کلی ارائه شده برای محیط کشت بدون خاک، pH بین 5.4 تا 6 و برای محیط کشت خاکی (۲۵٪ یا بیشتر خاک) بین 6.2 تا 6.8 است. اغلب pH محیط کشت در پاسخ به کودها، قلیائی بودن و pH آب آبیاری، در طول زمان تغییر می کند. محیط کشت های قلیایی با pH بیشتر از ۹ و خاک های خیلی اسیدی با pH کمتر از ۴، محیط نامناسبی برای رشد ریشه ایجاد می کنند. برای مثال، در pHهای زیاد، آهن غیرقابل جذب شده و در نتیجه گیاه، دچار زردی برگها همراه با سبز ماندن رگبرگ ها می گردد. فعالیت ریز اندامواره های (میکروارگانیزم های) خاک، به ویژه باکتری های موجود در خاک، نیز زیر تاثیر pH خاک هستند.
به طور معمول، نواحی مرطوب و بارانی، به علت شسته شدن کاتیون های بازی، دارای خاکهای اسیدی بوده و برعکس، نواحی گرم و خشک دارای خاکهای قلیایی می باشند. با این که برای بیشتر گیاهان باغبانی بهترین pH بین ۶ تا ۷ می باشد، برخی از گیاهان مانند زغال اخته آبی رنگ، اسید دوست هستند و بعضی دیگر مانند درخت گز، شرایط قلیایی را تحمل می کنند.
ساده ترین راه برای قلیایی ساختن خاک، افزودن آهک به آن می باشد. میزان افزودن آهک به میزان pH مورد نظر، نوع ماده آهکی و ظرفیت کاتیونی خاک بستگی دارد. برای مثال، خاکهای شنی، در مقایسه با خاکهای رسی با مقدار کمتری از آهک، تغییر pH میدهند. برای اسیدی ساختن خاک، می توان از موادی مانند گوگرد، سولفوریک اسید و سولفات آهن استفاده کرد. از کودهای نیتروژنه، مانند سولفات آمونیوم نیز برای اسیدی کردن خاک می توان بهره جست. در بسیاری از گلخانه ها برای کاهش
pH آب که موجب بالا رفتن pH خاک می شود، از فسفریک اسید نیتریک اسید و سولفوریک اسید به ویژه برای آب های با قلیائیت بالا بهره گیری می شود. بررسی مقدار pH و قابلیت هدایت الکتریکی به ترتیب با استفاده از pH سنج و قابلیت هدایت الکتریکی سنج انجام می شود. دستگاه های مختلفی برای اندازه گیری pH و قابلیت هدایت الکتریکی موجود است. این دستگاه ها باید به طور مرتب با محلول های pH و قابلیت هدایت الکتریکی مشخص، کالیبره شوند. این محلول ها را می توان خریداری کرد.
ویژگی های محیط کشت به صورت مداوم تغییر می کند. ثبات محیط کشت به ویژه در تولید محصول هایی مانند گیاهان برگساره ای گلدانی که در همان محیط کشت برای دراز مدت باقی می مانند، اهمیت دارد.
دلیل اصلی نبود تثبیت در محیط کشت، تجزیه زیستی یعنی پوسیدن طبیعی مواد آلی است. با این که سرانجام تمام مواد آلی شروع به پوسیده شدن می کنند، تمام مواد آن ها به یک سرعت نمی پوسند. موادی مانند پیت خزه به آهستگی می پوسند و این امکان را فراهم می سازند که محیط کشت ویژگی های اصلی خود را به مدت بیشتری نگه دارد. موادی مانند ورمی کولایت که یک ماده معدنی است به خاطر متراکم شدن فیزیکی محیط کشت در طول زمان، تا حدودی ثبات ندارد و در نتیجه، ذره های ورمی کولایت بخشی از قابلیت عالی نگهداری آب و هوا را با گذشت زمان از دست می دهند.
چگالی توده عبارت از وزن خشک اجزاء تشکیل دهنده محیط کشت به حجم آن ها می باشد. برای نمونه، ماسه دارای چگالی توده زیاد و پرلایت دارای چگالی توده کم است. برخی از اجزای تشکیل دهنده محیط کشت مانند پیت خزه هنگامی که خشکند خیلی سبک هستند، اما قابلیت جذب مقدار زیادی آب را دارند و سنگین می شوند. به طور معمول در گیاهان گلدانی، محیط کشتی با چگالی توده کم تا متوسط به کار گرفته می شود تا سبک بوده و از خسته شدن کارگران بکاهد و هزینه های جا به جایی را نیز کم کند. البته باید در نظر داشت که گلدان های محتوی محیط کشت بیش از حد سبک نیز در خانه ها ممکن است پس از رشد گیاه و سنگین شدن بوته، استحکام کافی نداشته و به زمین افتند.
محیط کشت های دارای مواد آلی، توسط عمل ریز اندامواره ها (میکروارگانیزم ها) پوسیده می شوند. در فرآیند پوسیدگی، نیتروژن توسط ریز اندامواره ها جذب می شود. اگر مقدار زیادی مواد آلی در کوتاه مدت از هم پاشیده شده و محیط کشت از نیتروژن تهی شود، نیتروژن برای استفاده گیاه، در دسترس نیست. بیشتر محیط کشت های دارای مواد آلی مانند پیت خزه به سرعت از هم پاشیده نمی شوند و بنابراین تهی شدن نیتروژن در حد کمینه است. نسبت مطلوب ماده آلی به نیتروژن ۳۰ کیلو گرم کربن به ۱ کیلوگرم نیتروژن است.
مواد تشکیل دهنده محیط کشت ریشه مانند پیت خزه و ورمی کولایت دارای بار الکتریکی منفی هستند که یون های دارای بار مثبت (کاتیون) در محلول آب محیط کشت را جذب می کنند. ظرفیت تبادل کاتیونی، قدرت بارهای الکتریکی برای یک محیط کشت را نشان می دهد و همچنین نشانگر ظرفیت محیط کشت برای نگهداری یون های مواد غذایی با بار مثبت است. شماری از یون های کاتیون مواد غذایی، NH4+، K+، Ca2+، Mg2+، Zn2+، Cu2+، Mn2+، Fe2+ می باشند. آنیون ها یون های با بار منفی هستند و در بر گیرنده H2PO4–، NO3–، SO4– و CL–، می باشند که دو تای آخر به طور معمول محدودیتی در طبیعت از نظر آن ها وجود ندارد. موادی مانند پیت خزه و ورمی کولایت دارای ظرفیت تبادل کاتیوئی زیاد می باشند و پرلایت و ماسه، تبادل کاتیونی کم دارند.
