Tehnologie de inginerie agricolă pentru grădinăritul în serăPublicat 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 din mediul radicular 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 din mediul radicular. Irigațiile prezintă diferențe mari în ceea ce privește reînnoirea și suplimentarea conținutului de oxigen în substraturi cu diferite stări ale conținutului de apă. Există mulți factori pentru optimizarea conținutului de oxigen din mediul radicular, dar gradul de influență al fiecărui factor este destul de diferit. Menținerea unei capacități rezonabile de reținere a apei a substratului (conținut de aer) este premisa menținerii unui conținut ridicat de oxigen în mediul radicular.

Efectele temperaturii și salinității asupra conținutului saturat de oxigen din soluție

Conținutul de oxigen dizolvat în apă

Oxigenul dizolvat este dizolvat în oxigenul liber sau nelegat din apă, iar conținutul de oxigen dizolvat din apă va atinge maximul la o anumită temperatură, acesta fiind conținutul de oxigen saturat. Conținutul de oxigen saturat din apă se modifică odată cu temperatura, iar odată cu creșterea temperaturii, conținutul de oxigen scade. Conținutul de oxigen saturat al apei limpezi este mai mare decât cel al apei de mare care conține sare (Figura 1), astfel încât conținutul de oxigen saturat al soluțiilor nutritive cu concentrații diferite va fi diferit.

Transportul oxigenului în matrice

Oxigenul pe care rădăcinile culturilor de seră îl pot obține din soluția nutritivă trebuie să fie în stare liberă, iar oxigenul este transportat în substrat prin aer și apă și prin apa din jurul rădăcinilor. Când oxigenul este în echilibru cu conținutul de oxigen din aer la o anumită temperatură, oxigenul dizolvat în apă atinge maximul, iar modificarea conținutului de oxigen din aer va duce la modificarea proporțională a conținutului de oxigen din apă.

Efectele stresului hipoxic în mediul radicular asupra culturilor

Cauzele hipoxiei radiculare

Există mai multe motive pentru care riscul de hipoxie în sistemele hidroponice și de cultivare pe substrat este mai mare vara. În primul rând, conținutul de oxigen saturat din apă va scădea odată cu creșterea temperaturii. În al doilea rând, oxigenul necesar pentru menținerea creșterii rădăcinilor crește odată cu creșterea temperaturii. În plus, cantitatea de nutrienți absorbiți este mai mare vara, deci cererea de oxigen pentru absorbția nutrienților este mai mare. Acest lucru duce la scăderea conținutului de oxigen din mediul radicular și la lipsa unui supliment eficient, ceea ce duce la hipoxie în mediul radicular.

Absorbție și creștere

Absorbția majorității nutrienților esențiali depinde de procesele strâns legate de metabolismul radicular, care necesită energia generată de respirația celulelor radiculare, adică descompunerea produselor fotosintetice în prezența oxigenului. Studiile au arătat că 10%~20% din totalul asimilatelor plantelor de tomate sunt utilizate în 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 CO2.₂În condiții anaerobe cauzate de ventilația deficitară a substraturilor și a culturilor hidroponice, hipoxia va afecta absorbția apei și a nutrienților. Hipoxia are un răspuns rapid la absorbția activă a nutrienților, și anume a nitraților (NO₃^-), potasiu (K) și fosfat (PO₄^3-), care vor interfera cu absorbția pasivă a calciului (Ca) și magneziului (Mg).

Creșterea rădăcinilor plantelor necesită energie, activitatea normală a rădăcinilor necesită cea mai mică concentrație de oxigen, iar o concentrație de oxigen sub valoarea COP devine un factor care limitează metabolismul celulelor radiculare (hipoxia). Atunci când nivelul conținutului de oxigen este scăzut, creșterea încetinește sau chiar se oprește. Dacă hipoxia parțială a rădăcinilor afectează doar ramurile și frunzele, sistemul radicular poate compensa pentru partea sistemului radicular care nu mai este activă dintr-un anumit motiv 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, fluxul de protoni din 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”, aceasta poate fi o adaptare pe termen scurt pentru a face față hipoxiei ca o modalitate alternativă în timpul hipoxiei radiculare. Cu toate acestea, hipoxia pe termen lung va duce la o creștere lentă, scăderea suprafeței frunzelor și scăderea greutății în stare proaspătă și uscată, ceea ce va duce la o scădere semnificativă a randamentului culturilor.

Etilenă

Plantele vor forma etilenă in situ sub stres intens. De obicei, etilena este eliminată din rădăcini prin difuzia în aerul din sol. Când are loc inundarea cu apă, formarea etilenei nu numai că va crește, dar și difuzia va fi redusă considerabil, deoarece rădăcinile sunt înconjurate de apă. Creșterea concentrației de etilenă va duce la formarea țesutului de aerare în rădăcini (Figura 2). Etilena poate provoca, de asemenea, senescența frunzelor, iar interacțiunea dintre etilenă și auxină va crește formarea rădăcinilor adventive.

Stresul cu oxigen duce la scăderea creșterii frunzelor

ABA este produs în rădăcini și frunze pentru a face față diverselor stresuri de mediu. În mediul radicular, răspunsul tipic la stres este închiderea stomatelor, care implică formarea de ABA. Înainte ca stomatele să se închidă, partea superioară a plantei pierde presiunea de umflare, frunzele superioare se ofilesc, iar eficiența fotosintezei poate, de asemenea, să scadă. Multe studii au arătat că stomatele răspund la creșterea concentrației de ABA în apoplast prin închidere, adică prin eliberarea conținutului total de ABA în frunze, ceea ce duce la creșterea concentrației de ABA intracelulară. Plantele pot crește foarte rapid concentrația de ABA din apoplast. Când plantele sunt supuse stresului de mediu, ele 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 foliar poate reduce alungirea peretelui celular și poate duce la scăderea alungirii frunzelor. Un alt efect al hipoxiei este scurtarea duratei de viață a frunzelor, ceea ce va afecta toate frunzele. Hipoxia duce de obicei la scăderea transportului de citokinine și nitrați. Lipsa de azot sau citokinină va scurta timpul de întreținere a suprafeței foliare și va opri creșterea ramurilor și frunzelor în câteva zile.

Optimizarea mediului oxigenat al sistemului radicular al culturilor

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

Sistemul radicular al culturilor este foarte important pentru creșterea plantelor și rezistența acestora la boli. Apa și nutrienții vor fi absorbiți în funcție de nevoile plantelor. Cu toate acestea, nivelul de oxigen din mediul radicular determină în mare măsură eficiența absorbției nutrienților și a apei, precum și calitatea sistemului radicular. Un nivel suficient de oxigen în mediul sistemului radicular poate asigura sănătatea acestuia, astfel încât plantele să aibă o rezistență mai bună la microorganismele patogene (Figura 3). Un nivel adecvat de oxigen în substrat minimizează, de asemenea, riscul apariției condițiilor anaerobe, reducând astfel la minimum riscul apariției microorganismelor patogene.

Consumul de oxigen în mediul radicular

Consumul maxim de oxigen al culturilor poate ajunge până la 40 mg/m2/h (consumul depinde de culturi). În funcție de temperatură, apa de irigații poate conține până la 7~8 mg/L de oxigen (Figura 4). Pentru a atinge 40 mg, trebuie administrați 5 L de apă în fiecare oră pentru a satisface necesarul de oxigen, dar, de fapt, este posibil ca cantitatea de irigații într-o singură zi să nu fie atinsă. Aceasta înseamnă că oxigenul furnizat de irigații joacă doar un rol mic. Cea mai mare parte a aportului de oxigen ajunge la zona radiculară prin porii din matrice, iar contribuția aportului de oxigen prin pori este de până la 90%, în funcție de momentul zilei. Când evaporarea plantelor atinge maximul, și cantitatea de irigații atinge maximul, ceea ce este echivalent cu 1~1,5 L/m2/h. Dacă apa de irigații conține 7 mg/L de oxigen, aceasta va furniza 7~11 mg/m2/h de oxigen pentru zona radiculară. Aceasta este echivalentă cu 17%~25% din necesar. Desigur, acest lucru se aplică doar în situația în care apa de irigații săracă în oxigen din substrat este înlocuită cu apă proaspătă pentru irigații.

Pe lângă consumul de rădăcini, microorganismele din mediul radicular consumă și oxigen. Este dificil de cuantificat acest lucru deoarece nu s-au efectuat măsurători în acest sens. Întrucât substraturile noi sunt înlocuite în fiecare an, se poate presupune că microorganismele joacă un rol relativ mic în consumul de oxigen.

Optimizează temperatura ambientală a rădăcinilor

Temperatura mediului în care se află sistemul radicular este foarte importantă pentru creșterea și funcționarea normală a acestuia și este, de asemenea, un factor important care afectează absorbția apei și a nutrienților de către acesta.

O temperatură prea scăzută a substratului (temperatura rădăcinilor) 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 o temperatură ridicată, aceasta va duce la ofilirea plantei. Absorbția ionilor depinde evident de temperatură, care inhibă absorbția ionilor la temperatură scăzută, iar sensibilitatea diferiților elemente nutritive la temperatură este diferită.

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

Mențineți o capacitate rezonabilă de reținere a apei a matricei.

Există o corelație negativă între conținutul de apă și procentul de oxigen din matrice. Când conținutul de apă crește, conținutul de oxigen scade și invers. Există un interval critic între conținutul de apă și oxigenul din matrice, adică 80%~85% conținut de apă (Figura 5). Menținerea pe termen lung a unui conținut de apă peste 85% în substrat va afecta aportul de oxigen. Cea mai mare parte a aportului de oxigen (75%~90%) se face prin porii din matrice.

Suplimentarea irigațiilor în funcție de conținutul de oxigen din substrat

Mai multă lumină solară va duce la un consum mai mare de oxigen și la o concentrație mai mică de oxigen în rădăcini (Figura 6), iar mai mult zahăr va crește consumul de oxigen pe timp de noapte. Transpirația este puternică, absorbția de apă este mare, iar substratul este mai mult aer și mai mult oxigen. Se poate observa din stânga Figurii 7 că conținutul de oxigen din substrat va crește ușor după irigare, în condițiile în care capacitatea de reținere a apei a substratului este mare, iar conținutul de aer este foarte scăzut. După cum se arată în dreapta Figurii 7, în condiții de iluminare relativ mai bună, conținutul de aer din substrat crește datorită absorbției mai mari de apă (aceiași timpi de irigare). Influența relativă a irigării asupra conținutului de oxigen din substrat este mult mai mică decât capacitatea de reținere a apei (conținutul de aer) din substrat.

Discuta

În producția reală, conținutul de oxigen (aer) din mediul radicular al 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 culturilor, este foarte important să se protejeze mediul sistemului radicular în cele mai bune condiții posibile. Studiile au arătat că O₂Un conținut de O2 în mediul sistemului radicular sub 4mg/L va avea un impact negativ asupra creșterii culturilor.₂Conținutul de oxigen din mediul radicular este influențat în principal de irigații (cantitatea și frecvența irigațiilor), structura substratului, conținutul de apă al substratului, temperatura serei și a substratului, iar diferitele modele de plantare vor fi diferite. Algele și microorganismele au, de asemenea, o anumită relație cu conținutul de oxigen din mediul radicular al culturilor hidroponice. Hipoxia nu numai că provoacă dezvoltarea lentă a plantelor, dar crește și presiunea agenților patogeni radiculari (Pythium, Phytophthora, Fusarium) asupra creșterii rădăcinilor.

Strategia de irigare are o influență semnificativă asupra O₂conținutul de apă din substrat și este, de asemenea, o modalitate mai controlabilă în procesul de plantare. Unele studii privind plantarea trandafirilor au descoperit că creșterea lentă a conținutului de apă din substrat (dimineața) poate obține o stare de oxigen mai bună. În substraturile 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 udare și un interval mai scurt. Cu cât capacitatea de reținere a apei a substraturilor este mai mică, cu atât este mai mare diferența dintre substraturi. Un substrat umed, o frecvență mai mică de udare și un interval mai lung asigură o înlocuire mai bună 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 concentrației de oxigen din substrat, în funcție de tipul și capacitatea de reținere a apei a substratului. Lichidul de irigare nu trebuie să rămână prea mult timp pe fundul substratului, ci trebuie evacuat rapid, astfel încât apa de irigare proaspătă îmbogățită cu oxigen să poată ajunge din nou pe fundul substratului. Viteza de drenaj poate fi influențată de câteva măsuri relativ simple, cum ar fi panta substratului pe direcțiile longitudinală și lățime. Cu cât panta este mai mare, cu atât viteza de drenaj este mai rapidă. Substraturi diferite au deschideri diferite, iar numărul de orificii de ieșire este, de asemenea, diferit.

Sfârşit

[informații despre citare]

Xie Yuanpei. Efectele conținutului de oxigen din mediul înconjurător din rădăcinile culturilor de seră asupra creșterii acestora [J]. Tehnologia Ingineriei Agricole, 2022,42(31):21-24.