Жесткость и окислительно-восстановительный потенциал воды в растениеводстве

Здесь мы не будем говорить об уже всем известным показателям, таким как pH или EC или ppm. Для подготовки этой статьи мы пошли за помощью к химику, на завод, производящий удобрения. Химик – Х, Мы – Мы)

Мы: Мы часто слышим словосочетание «жесткая вода», мы даже знаем, что если в чайнике налет или сохнет кожа после душа, то вода жесткая. Но что же это значит с точки зрения науки?

Химик: Жёсткость воды — совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щелочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жесткости»).
 

- Вода с большим содержанием таких солей (свыше 300 ppm) называется жесткой, с малым содержанием (до 100, 150, а иногда и считается 200 ppm) — мягкой. Термин «жесткая» по отношению к воде исторически сложился из-за свойств тканей: после стирки в такой воде белье было жёсткое на ощупь. Это объясняется с одной стороны химическими процессами между мылом и солями в воде, а с другой – способностью ткани притягивать к себе частицы магния и кальция.
 

Мы: Если уж мы начали с определения понятий, то расскажите, что такое карбонатная жесткость?

Х: Различают:

• временную (карбонатную) жесткость или KH, обусловленную гидрокарбонатами кальция и магния (Са(НСО3)2 ; Mg(НСО3)2);
• постоянную (некарбонатную) жесткость или GH, вызванную присутствием других солей, не выделяющихся при кипячении воды: в основном, сульфатов и хлоридов кальция и магния (CaSO4, CaCl2, MgSO4, MgCl2). 

Общая жёсткость – есть сумма временной и постоянной жесткостей. То есть общая жесткость = KH + GH.

Мы: В потребительском сознании (спасибо рекламе) плотно засело мнение, что жесткая вода равно плохая. Потому что она сушит кожу и ломает стиральные машины. Так ли это?

Х: Так же, как и использование очень жесткой воды, использование слишком мягкой воды может навредить вашей технике. Например, приводить к коррозии труб, так как, в этом случае отсутствует кислотно-щелочная буферность, которую обеспечивает гидрокарбонатная (временная) жесткость.

Потребление жесткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья. Однако есть данные о том, что высокая жесткость способствует образованию мочевых камней, а низкая — незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний.

Тем не менее вкус природной питьевой воды, например, воды родников, обусловлен именно присутствием солей жесткости.

Жесткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жесткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

Мы: В выращивании растений вопрос о жесткости не стоит: вода не должна быть очень жесткой, чтобы не было переизбытка солей. Но как избавиться от жесткости?

Х: Временную (карбонатную) жесткость уменьшают, а точнее, устраняют, кипячением, известью, осмосом, добавляют «дистиллят» или талую воду, используют природные добавки. Расскажу подробнее.

1. Кипячение. В формулах это выглядит так:

Са(НСО3)2 =СаСО3↓ + Н2О + СО2↑
Mg(НСО3)2 = MgСО3↓+ H2O+ СО2↑

При длительном кипячении растворимые гидрокарбонаты кальция и магния (Са(НСО3)2 и Mg(НСО3)2) переходят в нерастворимые карбонаты и выпадают в осадок – это та самая накипь на чайнике. Именно поэтому карбонатную жесткость называют также временной жесткостью.

2. Добавление гашеной извести. В формулах это выглядит так:

Са(НСО3)2 + Са (ОН)2 =2CaCO3↓ + 2H2O
Mg(НСО3)2 + 2Са(ОН)2 = Mg(OH)2 + 2CaCO3↓+ 2H2O

Опять же кальций и магний выпадают нерастворимым осадком, высвобождая чистую воду.
Количественно временную жесткость характеризуют содержанием гидрокарбонатов, удаляющихся из воды при ее кипячении в течение часа. Жесткость, остающаяся после такого кипячения, и называется постоянной.

Кстати, если говорить не о временной, а о постоянной жесткости. Постоянную (некарбонатную) жесткость устраняют добавлением карбоната натрия Na2CO3 (бельевой соды), важно отличать пищевую соду - гидрокарбонат натрия (NaHCO3) и бельевую – карбонат натрия (Na2CO3). Для наглядности смотрим формулу:

CaCl2 + Na2CO3 =CaCO3↓ + 2NaCl
MgSO4 + Na2CO3 =MgCO3 ↓+ Na2SO4

В целях одновременного устранения обоих видов жесткости применяют смесь гашеной извести и бельевой соды – содово-известковый метод.

3. Использование фильтра обратного осмоса. Это простой, но эффективный способ сделать воду менее жесткой. 

Некоторый считаю, что из осмоса можно получить дистиллированную воду, но это заблуждение. Бытовые фильтры не имеют такой степени очистки. 

4. Используют или добавляют дистиллированную воду, которая продается в магазинах. Или используют дождевую, снеговую, талую воду из холодильника (должна быть чистой, без мути и примесей).

5. Природными смягчителями воды являются быстрорастущие растения: элодея, роголистник, наяс, валлиснерия. Но это уже малоприменимая история, да и я о ней только слышал.

Некоторым требуется увеличить именно временную жесткость. Это можно сделать путем добавления чайной ложки пищевой соды на 50 литров, что увеличит показатели на 4d KH. А две чайные ложки карбоната кальция на 50 литров воды увеличат одновременно KH и GH на 4 градуса.

Мы: А как же отстаивание водопроводной воды? Это как-то влияет на жесткость?

Х: Водопроводная вода для того, что бы в ней не размножались различные микроорганизмы, хлорируется. Хлор - элемент с очень узким диапазоном усваивания растениями. Другими словами, он нужен, но в крайне малых количествах, а небольшая передозировка ведет к гибели растения. Ввиду того, что хлор - летучий газ, при отстаивании он покидает воду, а те количества, которые остаются после суток отстаивания, уже безопасны. На уровень жесткости отстаивание никак не влияет.

Мы: Хорошо! Вернемся к вопросу жесткости. Как мне узнать, сильно жесткая у меня вода или сильно мягкая? Могу ли я для этих целей использовать TDS (EC)- метры, ведь они тоже измеряют уровень солей?

Х: TDS (EC) - метры определяют общую минерализацию воды. Т.е. он "видит" вообще все соли (на самом деле там не все так просто, но это уже дебри). А жесткость - характеризуется только двумя - ионами кальция и магния. Если придумать доступный пример, то это можно сравнить со светом. Есть прибор - люксметр, который определяет количества света. Он нам выдаст какой-то определенный результат. Свет - есть сложный спектр множества длин волн, каждой из которой соответствует определенный цвет. Но сколько в этом общем значении приходится, скажем, только на зеленый цвет мы сказать с помощью люксметра не сможем. Так же и с ЕС и жесткостью. Жесткость - есть одно из слагаемых в общей сумме минерализации, результат которой нам дает ЕС-метр.
 

Однако нет повода для грусти - кальций и магний - необходимые для жизни растений элементы. Так, например, плоды томатов и перцев при недостатке кальция начинают трескаться и покрываться шрамами. (Прим. Ред.: О том, как определить каких элементов не хватает, а каких в избытке читайте в нашей статье).

Жесткая вода для полива растений используется наравне со смягченной, нужно только учитывать тот факт, что в жесткой воде уже есть достаточное количество ионов кальция и магния, и вам необходимо выбирать удобрения с пониженным содержанием этих элементов. Многие производители удобрений имеют в своей линейке удобрения как для мягкой, так и для жесткой воды, где составы подобраны правильным образом с учетом как содержания кальция и магния в жесткой воде, так и других факторов.

Кстати! Я до сих пор не вижу в гроушопах ни GH-тестов, ни KH-тестов. Ни GH, ни KH, ни общую жесткость нельзя измерить обычным EC-метром.

Мы: А аэрирование воды как-то влияет на жесткость? Зачем вообще воду аэрируют в гидропонных системах?

Х: Растворы аэрируются, главным образом, для насыщения их кислородом. Т. к. корни растений в этих системах не защищены ничем и, если не будет хватать кислорода, то на них будут размножаться паразитные микроорганизмы, которые, как минимум, снизят урожай, и, как максимум, приведут к гибели растения.

Второй момент при аэрации происходит насыщение раствора углекислым газом из воздуха. Углекислый газ, хоть и содержится в небольших концентрациях, может образовывать с солями, входящими в состав удобрений, различные карбонаты и гидрокарбонаты (K2CO3, KHCO3), в результате чего рН раствора будет повышаться. Для стабилизации рН необходимо использовать рН-корректоры, в их составе присутствуют буферные агенты. Они в свою очередь сгладят (в идеале, не допустят) сдвиг рН.

Третье - это чисто физический момент (если мы говорим про DWC-системы). Когда растение только высажено, и оно не обзавелось мощной корневой системой, субстрат сбрызгивается раствором снизу от лопающихся пузырей воздуха. Этого количества воды достаточно для молодого растения, а также стимулирует корни расти вниз, туда где вода.

Как вы видите, на жесткость аэрация не влияет.

Мы: А как-то связаны жесткость и кислотность между собой и можно ли узнать один показатель, зная другой?

Х: Жесткость и кислотность воды между собой не связаны, т. к. отображают разные характеристики среды. Если сравнить с человеком, то два показателя - уровень артериального давления и уровень сахара в крови. Они влияют друг на друга? Да, но крайне нелинейно, и посчитать одно, зная другое, не представляется возможным. 

Жесткость - это, грубо говоря, концентрация ионов кальция и магния, просто выраженная в собственных единицах (градусах). рН - это тоже концентрация, но ионов водорода (только логарифм этой концентрации, поэтому он и называется "показатель", т.к. он безразмерный), рН= -lg([H+]), где [Н+] - это концентрация ионов водорода.

Мы: С жесткостью разобрались, спасибо, а что насчет страшного словосочетания окислительно-восстановительный потенциал. Кого вода может окислять или восстанавливать?

Х: Основными процессами, обеспечивающими жизнедеятельность любого организма, являются окислительно-восстановительные реакции, т.е. реакции, связанные с передачей или присоединением электронов. Во время окислительных или восстановительных реакций изменяется электрический потенциал окисляемого или восстанавливаемого вещества: одно вещество, отдавая свои электроны и заряжаясь положительно, окисляется, другое, приобретая электроны и заряжаясь отрицательно, - восстанавливается. Разность электрических потенциалов между ними и есть окислительно-восстановительный потенциал ОВП, РЕДОКС-потенциал (от англ. redox - REDuction/OXidation).

ОВП воды - это показатель ее окислительных (кислотных) либо восстановительных (щелочных) качеств. ОВП характеризует степень активности электронов в окислительно-восстановительных реакциях, т. е. реакциях, связанных с присоединением или передачей электронов. При положительном ОВП - вода захватывает и присоединяет электроны тех веществ, с которыми вступает в реакцию (окисляет), а при отрицательном - отдает электроны (восстанавливает).

ОВП обозначается как Eh и выражается в милливольтах (мВ). В такой системе значение ОВП может иметь как положительное, так и отрицательное значение. ОВП также может обозначается как rH, который не стоит путать с pH.

Отношение компонентов-окислителей к компонентам-восстановителям определяет показатель ОВП, который находится в прямой зависимости с этим отношением. Наибольшей окислительной способностью обладает кислород, а восстановительной — водород, но это далеко не единственные окислители и восстановители. Значение ОВП для каждой окислительно-восстановительной реакции может иметь как положительное, так и отрицательное значение.

Окислительно-восстановительный потенциал зависит от температуры и тесно связан с рН. Чем выше ОВП, тем ниже рН.

Мы: Если ОВП и рН связаны, можно ли влиять на ОВП, изменяя рН?

Х: ОВП и рН действительно связаны между собой по формуле rH2 = Eh/0,029 + 2 pH. ОВП зависит не только от рН, но и от равновесного окислительно-восстановительный потенциала в текущих условиях - Eh, который в свою очередь нелинейно зависит от рН.

Другими словами, из трех неизвестных мы знаем только два. Есть специальные приборы, которые измеряют Eh. Имея на руках значение рН и Eh, мы можем посчитать rH2. Также существуют и приборы, которые определяют сам показатель ОВП. Для измерения ОВП применяют ОВП-метры, редокс-метры или rH-метры, что в сущности одно и то же.

Мы: Действительно ли есть такие понятия как «живая» и «мертвая» вода? Что это значит?

Х: В природной воде значение ОВП может иметь как положительное, так и отрицательное значение и колеблется от - 400 мВ до + 700 мВ.

Когда значение ОВП положительно, то свойства воды окислительные. Такие показатели наиболее часто встречаются в поверхностных водах. Вода, обладающая ярко выраженными кислотными свойствами называется «мертвой» водой. Ее ОВП может достигать +800+1000 мВ. «Мертвая» вода является сильнейшим окислителем и этим объясняются ее дезинфицирующие и бактерицидные свойства.

Чем более восстановлена вода, тем легче она отдает электроны, тем значение ОВП меньше, а свойства воды - восстановительные. Это типично для подземных горных источников, талой воды. Такая вода получила название «живой» воды. «Живая» вода (щелочная) является отличным стимулятором, тонизатором, источником энергии, придает бодрость, стимулирует регенерацию клеток, улучшает обмен веществ, нормализует кровяное давление.
Отрицательный ОВП природной воды - явление чрезвычайно редкое. На планете известно всего несколько мест, где есть такая вода. ОВП же организма человека обычно колеблется от -90 мВ до -200 мВ, а ОВП обычной питьевой воды практически всегда значительно выше нуля:

• водопроводная вода от +80 мВ до +300 мВ;
• вода в пластиковых бутылках от +100 мВ до +300 мВ;
• колодезная, родниковая вода от +120 мВ до +300 мВ.

Данная информация означает, что при употреблении обычной питьевой воды активность электронов во внутренней среде организма выше активности электронов в ней. Т.е. такая питьевая вода забирает себе свободные электроны из биологической среды организма, т.е. является оксидантом. Это ведет преждевременному старению, хроническим болезням, хронической усталости.

И наоборот, отрицательный ОВП питьевой воды дает энергетическую зарядку клеткам, органам, системам. Электрическая энергия клеточных мембран не расходуется на коррекцию активности электронов воды и вода тотчас же усваивается, т.к. обладает биологической совместимостью по этому параметру. Питьевая вода с отрицательным ОВП - идеальный антиоксидант.

Кстати, по большой части, аквариумисты используют для измерения ОВП rH. Я думаю, этот же показатель будет очень удобным и для гидропоники. Вот, какие там показатели:
 

rH 40-42 – максимальное окисление (чистый кислород);

rH 35 - сильное окисление;

rH 30 – незначительное окисление;

rH 25 – слабое окисление;

rH 20 – слабое восстановление;

rH 15 - незначительное восстановление;

rH 10 – сильное восстановление;

rH 5-0 – максимальное восстановление (чистый водород).

Почти все растения комфортно себя чувствуют при rH 25-35. Измеряется rH специальными измерителями, именуемыми rH-тестами. В гроушопах я их пока не встречал.

Мы: Как эти знания помогут в получении большого урожая?

Х: Изменить ОВП конкретной воды довольно сложно, есть некоторые вещества, именуемые структуризаторами (шунгит, кварц или живица хвойных деревьев), которые увеличивают восстановительные свойства воды. Также можно увеличивать rH регулярной сменой воды, чисткой гидропоники, а также продувкой или использованием озона.

Но и использовать воду с чересчур окислительными свойствами вы вряд ли станете, вы просто ее не найдете. А вся водопроводная или фильтрованная вода находится в средних некритичных значениях.

Но не будет лишним, если я скажу, что чем меньше, а лучше отрицательно, значение ОВП, тем лучше. Потому что такая вода будет ближе во внутренней среде растения.

В противном случае, растению необходимо будет затратить энергию для приведения этого показателя к необходимому. Происходит это за счет антиоксидантов, если их нет, то удар приходится на клетки растения, что несомненно не хорошо для последнего.

Т. е. вода с высоким Eh забирает себе свободные электроны из биологической среды растения - является оксидантом. И наоборот, отрицательный ОВП воды дает энергетическую зарядку клеткам, органам, системам. Электрическая энергия клеточных мембран не расходуется на коррекцию активности электронов воды и вода тотчас же усваивается, т.к. обладает биологической совместимостью по этому параметру.

Вы спросите, насколько это важно? Вопрос остается открытым. Уже давно проводятся исследования, где проверяется, как сказывается ОВП на урожайности. И первые выводы таковы, что вода с более восстановительными свойствами увеличивает всхожесть семян (исследование проведено на моркови), а также урожай (исследование проведено на огурцах и помидорах). Тема еще до конца не изучена, но уже сейчас я бы хотел видеть наряду с регуляторами рН и EC (ссылка на каталог) и регуляторы ОВП тоже. Ну и KH- и GH-регуляторы, разумеется.

Но не стоит переживать, если вы не знаете уровень ОВП вашей воды, растения развиваются на положительном ОВП и довольно успешно. Главное во всем знать меру и не впадать в крайности.

Материал подготовлен магазином DzagiGrow