Trwałość związków chemicznych charakteryzują wielkości fizyczne, takie jak: stała równowagi, stała trwałości (w przypadku związków kompleksowych — chelatów) oraz stopień dysocjacji (dotyczy rozpuszczalnych soli, kwasów i zasad).
Temperatura
Ma ona największy wpływ na trwałość nawozów. Szybkość reakcji chemicznych (np. rozkład związków) jest wprost proporcjonalna do temperatury. W niskiej — reakcje chemiczne przebiegają wolniej. Dlatego bardzo ważne jest przestrzeganie podawanych przez producenta zasad składowania i przechowywania nawozów. Niewłaściwa temperatura przechowywania może być przyczyną zmiany składu nawozu, ponieważ zachodzą w nim wówczas reakcje chemiczne, np. w zbyt niskiej (poniżej 0°C) wytrącają się niektóre składniki w postaci trudno rozpuszczalnego osadu.
Chelatowanie składników
Mieszanki nawozowe zawierają w swoim składzie sole zarówno fizjologicznie kwaśne, jak i zasadowe, substancje utleniające i redukujące. W takich mieszankach składniki oddziałują na siebie tworząc nowe związki o zmienionych właściwościach (na ogół nierozpuszczalne), najczęściej niedostępne, a nawet toksyczne dla roślin. Nietrwałymi roztworami są mieszanki mikroelementów w postaci nieschelatowanej. Mangan, jeden z ważniejszych mikroskładników, występuje w postaci kationu Mn2+. Na tym stopniu utlenienia jego związki chemiczne są nietrwałe i bardzo łatwo mogą przejść w formę nierozpuszczalnego tlenku manganu (MnO2). W nieodpowiednich warunkach może zachodzić dalsze utlenianie, nawet do MnO4–. Utlenianie jednego jonu prowadzi z kolei do redukcji innego. Nietrwałe związki w roztworach nawozów wieloskładnikowych tworzy kation Cu2+. W obecności innych jonów lub substancji utleniających, szczególnie w silnie kwaśnych roztworach, kation ten może ulec redukcji nawet do wolnego metalu Cu. Nawóz taki będzie zawierał deklarowane składniki, ale nie będą one dostępne dla roślin. Sposobem na uniknięcie tego zjawiska jest chelatowanie składników w pożywkach, zwłaszcza w tych wykorzystywanych w uprawach bezglebowych w podłożach inertnych. Chelatowanie zapewnia w pewnych zakresach pH wysoką trwałość składników pożywki. Związki kompleksowe to połączenie metalu na określonym stopniu utleniania z tzw. ligandem (czynnikiem chelatującym) bądź ligandami, poprzez wiązania koordynacyjne. Ligandy to aniony organiczne lub związki niejonowe, charakteryzujące się zdolnością otaczania jonu metalu. Trwałość chelatów zależy przede wszystkim od temperatury i pH roztworu. Trwałość tę charakteryzuje stała „pK”, która jest logarytmem ze stężenia molowego związku kompleksowego podzielonego przez iloczyn stężenia molowego metalu i ligandu, powstałych na skutek jego dysocjacji (niektórzy producenci nawozów podają jej odwrotność — wartość stałej nietrwałości). Stałe trwałości związków chelatowych najczęściej zawartych w nawozach mineralnych przedstawiono w tabeli 1. Im wyższa jest wartość tego współczynnika, tym związek chelatowy jest trwalszy, czyli w mniejszym stopniu ulega dysocjacji na jon centralny i ligandy.
Tabela 1. Stałe trwałości „pK” (20°C) związków chelatowych najczęściej wykorzystywanych w nawozach wieloskładnikowych
Uwolniony jon metalu na skutek rozpadu łatwo może wejść w reakcję chemiczną z innym składnikiem pożywki, stając się nieprzyswajalny dla roślin. Klasycznym tego przykładem jest chelat żelazowy. Uwolniona, np. na skutek wysokiej temperatury, część jonów Fe3+ w pożywce, już przy pH 5 wytrąca się z roztworu w postaci trudno rozpuszczalnego osadu wodorotlenku żelaza. Przy wyższym pH część żelaza pochodząca z chelatu może wytrącić się jako nierozpuszczalny ortofosforan żelaza. Związek chelatujący (ligand) ma tę właściwość, że po odłączeniu chelatowanego mikroelementu jest wydzielany przez roślinę do strefy korzeniowej, gdzie ponownie może tworzyć połączenia kompleksowe z normalnie niedostępnymi dla roślin mikroelementami.
Odczyn pożywki
Ma on również bezpośredni wpływ na trwałość roztworu mikroelementów. Większość związków kompleksowych jest trwała w roztworach o odczynie zbliżonym do obojętnego. Roztwór Fe-EDTA jest trwały w zakresie pH 3–6,5, natomiast zakres trwałości chelatów Mn-EDTA, Zn-EDTA, Cu-EDTA jest szerszy i wynosi, odpowiednio, pH 3–12,5, pH 2–12,5 i pH 2–14. Zatem przygotowanie bardzo kwaśnej stężonej pożywki z dodatkiem kwasów mineralnych może spowodować nieodwracalną stratę mikroskładnika.
Niewłaściwy odczyn pożywki roboczej przygotowywanej w jednym zbiorniku może powodować straty niektórych składników, np. fosforu i wapnia, gdyż mogą stać się nierozpuszczalne (tab. 2).
Tabela 2. Udział rozpuszczalnych form fosforu w pożywkach do fertygacji,
w zależności od odczynu
* przy danej wartości pH fosfor w tej formie nie występuje
Z tabeli wynika, że przy pH poniżej 6,0 przeważają jony H2PO4–, a przy pH powyżej 6,0 występują głównie jony HPO42–. Jony HPO42– tworzą fosforany wapnia rozpuszczalne przede wszystkim w słabych kwasach organicznych i dlatego są gorzej dostępne dla roślin.
Iloczyn rozpuszczalności
Stężenie składnika (jonu) w pożywkach i jego trwałość w dużym stopniu zależą od tzw. iloczynów rozpuszczalności rozpuszczonych soli. Sole w roztworze ulegają rozpadowi na kationy i aniony, czyli dysocjacji. Iloczyn stężeń molowych kationów i anionów każdej soli w danej temperaturze jest wartością stałą. Wzrost stężenia jednego z jonów spowoduje zmniejszenie stężenia drugiego. Nadmiar jednego ze składników pożywki, np. jonów SO42–, w obecności jonów wapniowych i magnezowych (pochodzących z twardej wody) może spowodować wytrącenie się nawet niewielkich ilości osadów siarczanu wapnia i magnezu, które często powodują problemy z drożnością elementów systemów nawadniających.
Rozpuszczalność soli
W przygotowywaniu stężonych pożywek głównym problemem jest rozpuszczalność użytych soli, zwłaszcza fosforowych i potasowych. Ich stężenie w roztworze nie może być duże, gdyż nawet przy niewielkim spadku temperatury łatwo krystalizują i ulegają wytrąceniu. Maksymalną możliwą do rozpuszczenia ilość składników wykorzystywanych przy sporządzaniu pożywek podano w tabeli 3. Wykrystalizowane i wytrącone sole tworzą na dnie zbiorników osady, które trudno jest rozpuścić. Rozpuszczanie nawozów stałych zachodzi przeważnie w reakcjach endotermicznych, powodując znaczne obniżenie temperatury roztworu. Im wyższa temperatura, tym większa rozpuszczalność soli. Stężone roztwory pożywki (najczęściej 100-krotnie) są trwalsze niż pożywki robocze.
Tabela 3. Rozpuszczalność nawozów w wodzie, w zależności od temperatury
Mocznik
W uprawach pod osłonami do dolistnego dokarmiania siewek i młodej rozsady używa się niekiedy roztworu mocznika z dodatkiem mikroelementów. Długo i niewłaściwie przechowywany roztwór mocznika jest nietrwały i ulega powolnej hydrolizie, zarówno w środowisku kwaśnym, jak i zasadowym. Szybszemu rozkładowi nawozu sprzyja także wysoka temperatura.
Hydroliza mocznika w środowisku zasadowym prowadzi do powstania wolnego amoniaku NH3
, który powoduje uszkodzenia liści, wywołujące nawet ich zamieranie. Szczególnie niebezpieczne jest stosowanie tak zhydrolizowanego mocznika do nawożenia dolistnego siewek i młodej rozsady. Dlatego do dokarmiania roślin należy wykorzystywać świeże roztwory mocznika przygotowywane bezpośrednio przed zabiegiem.
W środowisku kwaśnym produktem hydrolizy mocznika jest jon amonowy NH4+
, którego obecność (powyżej 25 mg/l) w uprawach bezglebowych pomidora jest toksyczna przy stosowaniu fertygacji.
Absorpcja CO
2
Przygotowane pożywki pozostawione w szklarniach narażone są na absorbowanie dwutlenku węgla, przez co wzrasta stężenie jonów HCO3–, które wraz z potasem tworzą sole słabego kwasu węglowego (H2CO3) i mocnej zasady potasowej (KOH). Te z kolei związki ulegając hydrolizie alkalizują pożywkę. Pożywki robocze nie powinny mieć również bezpośredniego dostępu do światła, gdyż pod jego wpływem następuje rozwój glonów.
