Tehnologia ingineriei agricole a grădinăritului cu seră Publicat 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 rădăcină 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 rădăcină.Irigarea prezintă diferențe mari în reînnoirea și completarea conținutului de oxigen în substraturi cu diferite stări de conținut de apă.Există mulți factori pentru optimizarea conținutului de oxigen în mediul rădăcină, dar gradul de influență al fiecărui factor este destul de diferit.Menținerea unei capacități rezonabile de reținere a apei din substrat (conținutul de aer) este premisa menținerii unui conținut ridicat de oxigen în mediul rădăcină.

Efectele temperaturii și salinității asupra conținutului de oxigen saturat în soluție

Conținutul de oxigen dizolvat în apă

Oxigenul dizolvat este dizolvat în oxigenul nelegat 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 din apă se modifică odată cu temperatura, iar atunci când temperatura crește, 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 diferite concentrații 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 apă în jurul rădăcinilor.Când 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 hipoxiei în mediul radicular asupra culturilor

Cauzele hipoxiei radiculare

Există mai multe motive pentru care riscul de hipoxie în hidroponie și sistemele de cultivare pe substrat 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.În plus, cantitatea de absorbție a nutrienților este mai mare vara, astfel încât necesarul de oxigen pentru absorbția nutrienților este mai mare.Conduce la scăderea conținutului de oxigen în mediul radicular și la lipsa suplimentului 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 asimilaților plantelor de tomate sunt folosiți în rădăcini, dintre care 50% sunt folosiți pentru absorbția ionilor nutritivi, 40% pentru creștere și doar 10% pentru întreținere.Rădăcinile trebuie să găsească oxigen în mediul direct în care eliberează CO₂.În condiții anaerobe cauzate de ventilația slabă a substraturilor și hidroponie, hipoxia va afecta absorbția apei și a nutrienților.Hipoxia are un răspuns rapid la absorbția activă a nutrienților, și anume nitrații (NO₃^-), potasiu (K) și fosfat (PO₄^3-), care va interfera cu absorbția pasivă a calciului (Ca) și magneziului (Mg).

Creșterea rădăcinii plantelor are nevoie de energie, activitatea normală a rădăcinilor are nevoie de cea mai mică concentrație de oxigen, iar concentrația de oxigen sub valoarea COP devine un factor care limitează metabolismul celulelor radiculare (hipoxie).Când nivelul de oxigen este scăzut, creșterea încetinește sau chiar se oprește.Dacă hipoxia parțială a rădăcinii afectează doar ramurile și frunzele, sistemul radicular poate compensa partea sistemului radicular care nu mai este activă dintr-un motiv oarecare 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 rădăcinilor 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.Datorită mecanismului „respirației nitraților”, 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 creșterea lentă, scăderea suprafeței frunzelor și scăderea greutății proaspete și uscate, ceea ce va duce la o scădere semnificativă a randamentului culturii.

Etilenă

Plantele vor forma etilenă in situ sub mult stres.De obicei, etilena este îndepărtată din rădăcini prin difuzarea în aerul solului.Când are loc aglomerarea cu apă, formarea de etilenă nu numai că va crește, dar și difuzia va fi mult redusă, 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 de oxigen duce la scăderea creșterii frunzelor

ABA este produs în rădăcini și frunze pentru a face față diferitelor stresuri de mediu.În mediul radicular, răspunsul tipic la stres este închiderea stomatică, care implică formarea ABA.Înainte ca stomatele să fie închise, vârful plantei pierde presiunea de umflare, frunzele superioare se ofilesc, iar eficiența fotosintetică poate scădea.Multe studii au arătat că stomatele răspund la creșterea concentrației de ABA în apoplast prin închidere, adică conținutul total de ABA din non-frunze prin eliberarea intracelulară de ABA, plantele pot crește foarte repede concentrația de apoplast ABA.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 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 de citokinine și nitrați.Lipsa de azot sau citochinină va scurta timpul de întreținere a suprafeței frunzelor și va opri creșterea ramurilor și a frunzelor în câteva zile.

Optimizarea mediului de oxigen al sistemului radicular al culturii

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

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

Consumul de oxigen în mediul rădăcină

Consumul maxim de oxigen al culturilor poate fi de până la 40mg/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, trebuie administrați 5L de apă la fiecare oră pentru a satisface necesarul de oxigen, dar, de fapt, cantitatea de irigare într-o zi poate să nu fie atinsă.Aceasta înseamnă că oxigenul furnizat de irigare joacă doar un rol mic.Cea mai mare parte a aportului de oxigen ajunge la zona rădăcinii 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, cantitatea de irigare ajunge și la maxim, ceea ce echivalează cu 1~1,5L/m2/h.Dacă apa de irigare conține 7mg/L oxigen, va furniza 7~11mg/m2/h oxigen pentru zona rădăcină.Acest lucru este echivalent cu 17% ~ 25% din cerere.Desigur, acest lucru se aplică doar în situația 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 de cuantificat deoarece nu s-a făcut nicio măsurătoare în acest sens.Deoarece noi substraturi sunt înlocuite în fiecare an, se poate presupune că microorganismele joacă un rol relativ mic în consumul de oxigen.

Optimizați temperatura ambientală a rădăcinilor

Temperatura mediului înconjurător a sistemului radicular este foarte importantă pentru creșterea și funcționarea normală a sistemului radicular și este, de asemenea, un factor important care afectează absorbția apei și a nutrienților de către sistemul radicular.

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 temperatură ridicată, aceasta va duce la ofilirea plantelor.Absorbția ionilor depinde în mod evident de temperatură, care inhibă absorbția ionilor la temperatură scăzută, iar sensibilitatea diferitelor elemente nutritive la temperatură este diferită.

Temperatura prea mare 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, 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 scăzut, ceea ce are un impact mult mai mare asupra conținutului de oxigen din mediul rădăcină decât oxigenul consumat de microorganisme.Sistemul radicular consuma mult oxigen, ba chiar duce la hipoxie in cazul substratului sau al structurii slabe a solului, reducand astfel absorbtia de apa si ioni.

Menține capacitatea rezonabilă de reținere a apei a matricei.

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

Suplimentarea irigarii la conținutul de oxigen din substrat

Mai multă lumină solară va duce la un consum mai mare de oxigen și o concentrație mai scăzută 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 și există mai mult aer și mai mult oxigen în substrat.Se poate observa din stânga figurii 7 că conținutul de oxigen din substrat va crește ușor după irigare cu condiția ca capacitatea de reținere a apei a substratului să fie mare și conținutul de aer să fie foarte scăzut.După cum se arată în dreapta fig.7, în condițiile unei iluminări relativ mai bune, conținutul de aer din substrat crește datorită absorbției mai mari a apei (aceiași timpi de irigare).Influența relativă a irigației asupra conținutului de oxigen din substrat este mult mai mică decât capacitatea de reținere a apei (conținutul de aer) din substrat.

Discuta

În producția efectivă, conținutul de oxigen (aer) din mediul rădăcinilor culturii 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 protejăm cât mai mult mediul sistemului radicular în cea mai bună stare.Studiile au arătat că O₂conținutul din mediul sistemului radicular sub 4 mg/L va avea un impact negativ asupra creșterii culturilor.O₂conținutul din mediul rădăcină este influențat în principal de irigare (cantitatea și frecvența de irigare), structura substratului, conținutul de apă al substratului, temperatura serei și a substratului și 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 O₂conținut în substrat și este, de asemenea, o modalitate mai controlabilă în procesul de plantare.Unele studii de plantare a trandafirilor au descoperit că creșterea lent a conținutului de apă din substrat (dimineața) poate obține o stare de oxigen mai bună.În substratul cu 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 capacitatea substraturilor de reținere a apei este mai mică, cu atât diferența dintre substraturi este mai mare.Substratul umed, frecvența mai mică de irigare și interval mai lung asigură înlocuirea mai multă a aerului și condiții favorabile de oxigen.

Drenajul substratului este un alt factor care are o mare influență asupra ratei de reînnoire și a gradientului de concentrație 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 la fundul substratului.Viteza de drenaj poate fi influențată de unele măsuri relativ simple, cum ar fi gradientul substratului în direcțiile longitudinale și de lățime.Cu cât gradientul este mai mare, cu atât viteza de scurgere este mai rapidă.Diferitele substraturi au deschideri diferite și numărul de ieșiri este, de asemenea, diferit.

Sfârşit

[informații despre citare]

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