Tehnologia de inginerie agricolă a grădinării cu efect de seră publicate la Beijing la 17:30 pe 13 ianuarie 2023.

Absorbția majorității elementelor nutritive este un proces strâns legat de activitățile metabolice ale rădăcinilor plantelor. Aceste procese necesită energie generată de respirația celulelor radiculare, iar absorbția apei este, de asemenea, reglată de temperatură și respirație, iar respirația necesită participarea oxigenului, astfel încât oxigenul în mediul rădăcinilor are un impact vital asupra creșterii normale a culturilor. Conținutul de oxigen dizolvat în apă este afectat de temperatură și salinitate, iar structura substratului determină conținutul de aer în mediul rădăcinilor. Irigarea are diferențe mari în reînnoirea și suplimentul conținutului de oxigen în substraturi cu diferite stări de conținut de apă. Există mulți factori pentru a optimiza conținutul de oxigen în mediul rădăcinii, dar gradul de influență al fiecărui factor este cu totul diferit. Menținerea capacității rezonabile de reținere a apei substratului (conținut de aer) este premisa menținerii conținutului ridicat de oxigen în mediul rădăcină.

Efectele temperaturii și salinității asupra conținutului de oxigen saturat în soluție

Conținut de oxigen dizolvat în apă

Oxigenul dizolvat este dizolvat în oxigen nelimitat sau liber în apă, iar conținutul de oxigen dizolvat în apă va atinge maximul la o anumită temperatură, care este conținutul de oxigen saturat. Conținutul de oxigen saturat în apă se schimbă odată cu temperatura, iar când temperatura crește, conținutul de oxigen scade. Conținutul de oxigen saturat de apă limpede este mai mare decât cel al apei de mare care conține sare (Figura 1), astfel încât conținutul de oxigen saturat al soluțiilor de nutrienți cu concentrații diferite va fi diferit.

Transportul de oxigen în matrice

Oxigenul pe care rădăcinile de cultură cu efect de seră îl poate obține din soluția de nutrienți trebuie să fie într -o stare liberă, iar oxigenul este transportat în substrat prin aer și apă și apă în jurul rădăcinilor. Când este în echilibru cu conținutul de oxigen în aer la o temperatură dată, oxigenul dizolvat în apă atinge maximul, iar schimbarea conținutului de oxigen în aer va duce la schimbarea proporțională a conținutului de oxigen în apă.

Efectele stresului hipoxiei în mediul rădăcinilor asupra culturilor

Cauzele hipoxiei rădăcinii

Există mai multe motive pentru care riscul de hipoxie în hidroponică și sisteme de cultivare a substratului este mai mare vara. În primul rând, conținutul de oxigen saturat în apă va scădea pe măsură ce temperatura crește. În al doilea rând, oxigenul necesar pentru a menține creșterea rădăcinilor crește odată cu creșterea temperaturii. Mai mult, cantitatea de absorbție de nutrienți este mai mare vara, astfel încât cererea de oxigen pentru absorbția nutrienților este mai mare. Acesta duce la scăderea conținutului de oxigen în mediul rădăcinii și la lipsa unui supliment eficient, ceea ce duce la hipoxie în mediul rădăcinilor.

Absorbție și creștere

Absorbția majorității nutrienților esențiali depinde de procesele strâns legate de metabolismul rădăcinii, care necesită energia generată de respirația celulelor rădăcinilor, adică descompunerea produselor fotosintetice în prezența oxigenului. Studiile au arătat că 10% ~ 20% din asimilatele totale ale plantelor de tomate sunt utilizate la rădăcini, dintre care 50% sunt utilizate pentru absorbția ionilor de nutrienți, 40% pentru creștere și doar 10% pentru întreținere. Rădăcinile trebuie să găsească oxigen în mediul direct unde eliberează Co₂. În condiții anaerobe cauzate de ventilație slabă în substraturi și hidroponică, hipoxia va afecta absorbția apei și a nutrienților. Hipoxia are un răspuns rapid la absorbția activă a nutrienților, și anume azotatul (NO₃^-), potasiu (k) și fosfat (PO₄^3-), care va interfera cu absorbția pasivă a calciului (CA) și a magneziului (mg).

Creșterea rădăcinilor plantelor are nevoie de energie, activitatea rădăcinii normale are nevoie de cea mai mică concentrație de oxigen, iar concentrația de oxigen sub valoarea COP devine un factor care limitează metabolismul celulelor rădăcinilor (hipoxie). Când nivelul conținutului de oxigen este scăzut, creșterea încetinește sau chiar se oprește. Dacă hipoxia rădăcinii parțiale afectează doar ramurile și frunzele, sistemul rădăcină poate compensa partea sistemului rădăcină care nu mai este activ din anumite motive prin creșterea absorbției locale.

Mecanismul metabolic al plantelor depinde de oxigen ca acceptor de electroni. Fără oxigen, producția de ATP se va opri. Fără ATP, ieșirea de protoni de la rădăcini se va opri, seva celulară a celulelor radiculare va deveni acidă, iar aceste celule vor muri în câteva ore. Hipoxia temporară și pe termen scurt nu va provoca stres nutrițional ireversibil la plante. Din cauza mecanismului de „respirație a nitraților”, poate fi o adaptare pe termen scurt pentru a face față hipoxiei ca mod alternativ în timpul hipoxiei rădăcinilor. Cu toate acestea, hipoxia pe termen lung va duce la o creștere lentă, la scăderea suprafeței frunzelor și la scăderea greutății proaspete și uscate, ceea ce va duce la o scădere semnificativă a randamentului culturilor.

Etilenă

Plantele vor forma etilen in situ sub mult stres. De obicei, etilena este îndepărtată din rădăcini prin difuzarea în aerul solului. Atunci când are loc blocajul de apă, formarea de etilenă nu numai că va crește, dar și difuzia va fi redusă foarte mult, deoarece rădăcinile sunt înconjurate de apă. Creșterea concentrației de etilenă va duce la formarea țesutului de aerare la rădăcini (figura 2). Etilena poate provoca, de asemenea, senescența frunzelor, iar interacțiunea dintre etilenă și auxină va crește formarea de rădăcini aventuroase.

Stresul de oxigen duce la scăderea creșterii frunzelor

ABA este produs în rădăcini și frunze pentru a face față diverselor tensiuni de mediu. În mediul rădăcină, răspunsul tipic la stres este închiderea stomatală, care implică formarea ABA. Înainte ca stomatele să fie închise, partea superioară a plantei pierde presiunea de umflare, frunzele de sus se ofilesc, iar eficiența fotosintetică poate scădea și ea. Multe studii au arătat că stomatele răspund la creșterea concentrației ABA în apoplast prin închidere, adică conținutul total de ABA în non-frunze prin eliberarea ABA intracelulară, plantele pot crește foarte repede concentrația de apoplast ABA. Când plantele sunt sub stres de mediu, încep să elibereze ABA în celule, iar semnalul de eliberare a rădăcinii poate fi transmis în câteva minute în loc de ore. Creșterea ABA în țesutul frunzelor poate reduce alungirea peretelui celular și poate duce la scăderea alungirii frunzelor. Un alt efect al hipoxiei este că durata de viață a frunzelor este scurtată, ceea ce va afecta toate frunzele. Hipoxia duce de obicei la scăderea transportului citokininei și a nitraților. Lipsa de azot sau citokinină va scurta timpul de întreținere a zonei frunzelor și va opri creșterea ramurilor și frunzelor în câteva zile.

Optimizarea mediului de oxigen al sistemului de rădăcini de cultură

Caracteristicile substratului sunt decisive pentru distribuția apei și oxigenului. Concentrația de oxigen în mediul rădăcină al legumelor cu efect de seră este legată în principal de capacitatea de reținere a apei de substrat, irigare (mărime și frecvență), structura substratului și temperatura benzii de substrat. Numai atunci când conținutul de oxigen din mediul rădăcină este cel puțin peste 10% (4 ~ 5mg/L), activitatea rădăcină poate fi menținută în cea mai bună stare.

Sistemul de rădăcină al culturilor este foarte important pentru creșterea plantelor și rezistența la boli ale plantelor. Apa și nutrienții vor fi absorbite în funcție de nevoile plantelor. Cu toate acestea, nivelul de oxigen din mediul rădăcinii determină în mare măsură eficiența de absorbție a nutrienților și a apei și a calității sistemului rădăcină. Nivelul suficient de oxigen în mediul sistemului de rădăcină poate asigura sănătatea sistemului radicular, astfel încât plantele să aibă o rezistență mai bună la microorganisme patogene (figura 3). Nivelul adecvat de oxigen în substrat minimizează, de asemenea, riscul de afecțiuni anaerobe, reducând astfel riscul de microorganisme patogene.

Consumul de oxigen în mediul rădăcină

Consumul maxim de culturi de oxigen poate fi de până la 40 mg/m2/h (consumul depinde de culturi). În funcție de temperatură, apa de irigare poate conține până la 7 ~ 8mg/L de oxigen (Figura 4). Pentru a ajunge la 40 mg, 5L de apă trebuie administrată în fiecare oră pentru a răspunde cererii de oxigen, dar, de fapt, s -ar putea să nu se atingă cantitatea de irigare într -o singură zi. Aceasta înseamnă că oxigenul furnizat de irigare joacă doar un rol mic. Cea mai mare parte a aprovizionării cu oxigen ajunge în zona de rădăcină prin pori din matrice, iar contribuția alimentării cu oxigen prin pori este de până la 90%, în funcție de momentul zilei. Când evaporarea plantelor atinge maximul, suma de irigare atinge și maximul, care este echivalent cu 1 ~ 1,5L/m2/h. Dacă apa de irigare conține 7mg/L oxigen, aceasta va furniza 7 ~ 11mg/m2/h oxigen pentru zona radiculară. Aceasta este echivalentă cu 17% ~ 25% din cerere. Desigur, acest lucru se aplică numai situației în care apa de irigare săracă în oxigen din substrat este înlocuită cu apă proaspătă de irigare.

Pe lângă consumul de rădăcini, microorganismele din mediul rădăcină consumă și oxigen. Este dificil să cuantificăm acest lucru, deoarece nu s -a făcut nicio măsură în acest sens. Deoarece substraturile noi sunt înlocuite în fiecare an, se poate presupune că microorganismele joacă un rol relativ mic în consumul de oxigen.

Optimizați temperatura de mediu a rădăcinilor

Temperatura de mediu a sistemului de rădăcină este foarte importantă pentru creșterea normală și funcția sistemului rădăcinilor și este, de asemenea, un factor important care afectează absorbția apei și nutrienților de către sistemul rădăcinii.

Temperatura prea scăzută a substratului (temperatura rădăcinii) poate duce la dificultăți în absorbția apei. La 5 ℃, absorbția este cu 70% ~ 80% mai mică decât la 20 ℃. Dacă temperatura scăzută a substratului este însoțită de temperaturi ridicate, aceasta va duce la ofilirea plantelor. Absorbția ionică depinde în mod evident de temperatură, care inhibă absorbția ionică la temperatură scăzută, iar sensibilitatea diferitelor elemente de nutrienți la temperatură este diferită.

Temperatura prea mare a substratului este, de asemenea, inutilă și poate duce la un sistem rădăcină prea mare. Cu alte cuvinte, există o distribuție dezechilibrată a materiei uscate în plante. Deoarece sistemul de rădăcină este prea mare, se vor produce pierderi inutile prin respirație, iar această parte a energiei pierdute ar fi putut fi folosită pentru partea de recoltare a plantei. La o temperatură mai mare a substratului, conținutul de oxigen dizolvat este mai mic, ceea ce are un impact mult mai mare asupra conținutului de oxigen din mediul rădăcinii decât oxigenul consumat de microorganisme. Sistemul de rădăcină consumă mult oxigen și chiar duce la hipoxie în cazul substratului slab sau a structurii solului, reducând astfel absorbția apei și a ionilor.

Mențineți capacitatea rezonabilă de reținere a apei a matricei.

Există o corelație negativă între conținutul de apă și conținutul procentual de oxigen în matrice. Când conținutul de apă crește, conținutul de oxigen scade și invers. Există un interval critic între conținutul de apă și oxigen în matrice, adică 80% ~ 85% conținut de apă (figura 5). Întreținerea pe termen lung a conținutului de apă peste 85% în substrat va afecta alimentarea cu oxigen. Cea mai mare parte a aprovizionării cu oxigen (75%~ 90%) se face prin porii din matrice.

Supliment de irigare la conținutul de oxigen în substrat

Mai multă lumină solară va duce la un consum mai mare de oxigen și la o concentrație mai mică de oxigen la rădăcini (Figura 6), iar mai mult zahăr va face consumul de oxigen mai mare noaptea. Transpirația este puternică, absorbția apei este mare și există mai mult aer și mai mult oxigen în substrat. Din stânga figurii 7 se poate observa că conținutul de oxigen din substrat va crește ușor după irigare în condiția ca capacitatea de reținere a apei a substratului să fie mare, iar conținutul de aer este foarte scăzut. Așa cum se arată în dreapta Fig. 7, în condiții de iluminare relativ mai bună, conținutul de aer din substrat crește din cauza absorbției mai multor ape (aceleași timpi de irigare). Influența relativă a irigațiilor asupra conținutului de oxigen din substrat este mult mai mică decât capacitatea de reținere a apei (conținut de aer) în substrat.

Discuta

În producția reală, conținutul de oxigen (aer) în mediul rădăcinilor culturilor este ușor de trecut cu vederea, dar este un factor important pentru a asigura creșterea normală a culturilor și dezvoltarea sănătoasă a rădăcinilor.

Pentru a obține randamentul maxim în timpul producției de culturi, este foarte important să protejăm mediul sistemului de rădăcină în cea mai bună condiție pe cât posibil. Studiile au arătat că O₂Conținutul în mediul sistemului rădăcină sub 4mg/L va avea un impact negativ asupra creșterii culturilor. O₂Conținutul în mediul rădăcinii este influențat în principal de irigații (cantitatea de irigare și frecvență), structura substratului, conținutul apei de substrat, temperatura de seră și substrat și diferite modele de plantare vor fi diferite. Algele și microorganismele au, de asemenea, o anumită relație cu conținutul de oxigen în mediul rădăcină al culturilor hidroponice. Hipoxia nu numai că provoacă dezvoltarea lentă a plantelor, dar crește și presiunea agenților patogeni rădăcină (Pythium, Phytophthora, Fusarium) asupra creșterii rădăcinilor.

Strategia de irigare are o influență semnificativă asupra O₂Conținut în substrat și este, de asemenea, un mod mai controlabil în procesul de plantare. Unele studii de plantare a trandafirilor au descoperit că creșterea lentă a conținutului de apă din substrat (dimineața) poate obține o stare de oxigen mai bună. În substratul cu o capacitate scăzută de reținere a apei, substratul poate menține un conținut ridicat de oxigen și, în același timp, este necesar să se evite diferența de conținut de apă între substraturi printr -o frecvență mai mare de irigare și un interval mai scurt. Cu cât este mai mică capacitatea de reținere a apei a substraturilor, cu atât este mai mare diferența dintre substraturi. Substratul umed, frecvența de irigare mai mică și un interval mai lung asigură mai multă înlocuire a aerului și condiții favorabile de oxigen.

Drenajul substratului este un alt factor care are o influență mare asupra ratei de reînnoire și a gradientului de concentrație de oxigen în substrat, în funcție de tipul și capacitatea de reținere a apei a substratului. Lichidul de irigare nu trebuie să rămână în partea de jos a substratului prea mult timp, ci trebuie externat rapid, astfel încât apa de irigare proaspătă îmbogățită cu oxigen să poată ajunge din nou în partea de jos a substratului. Viteza de drenare poate fi influențată de unele măsuri relativ simple, cum ar fi gradientul substratului în direcțiile longitudinale și lățime. Cu cât gradientul este mai mare, cu atât viteza de drenare este mai rapidă. Diferite substraturi au deschideri diferite, iar numărul de puncte de vânzare este de asemenea diferit.

Sfârşit

[Informații de citare]

Xie Yuanpei. Efectele conținutului de oxigen de mediu în rădăcinile culturilor cu efect de seră asupra creșterii culturilor [J]. Tehnologia ingineriei agricole, 2022,42 (31): 21-24.