Технологија на земјоделско инженерство во стаклена градина. Објавено во Пекинг во 17:30 часот на 13 јануари 2023 година.

Апсорпцијата на повеќето хранливи елементи е процес тесно поврзан со метаболичките активности на растителните корени. Овие процеси бараат енергија генерирана од дишењето на коренските клетки, а апсорпцијата на вода е исто така регулирана од температурата и дишењето, а дишењето бара учество на кислород, така што кислородот во кореновата средина има витално влијание врз нормалниот раст на културите. Содржината на растворен кислород во водата е под влијание на температурата и соленоста, а структурата на подлогата ја одредува содржината на воздух во кореновата средина. Наводнувањето има големи разлики во обновувањето и дополнувањето на содржината на кислород во подлогите со различни состојби на содржина на вода. Постојат многу фактори за оптимизирање на содржината на кислород во кореновата средина, но степенот на влијание на секој фактор е сосема различен. Одржувањето на разумен капацитет за задржување на вода во подлогата (содржина на воздух) е премиса за одржување на висока содржина на кислород во кореновата средина.

Ефекти на температурата и соленоста врз содржината на заситен кислород во растворот

Содржина на растворен кислород во вода

Растворениот кислород е растворен во неврзан или слободен кислород во водата, а содржината на растворен кислород во водата ќе достигне максимум на одредена температура, што е содржината на заситен кислород. Содржината на заситен кислород во водата се менува со температурата, а кога температурата се зголемува, содржината на кислород се намалува. Содржината на заситен кислород во чистата вода е поголема од онаа на морската вода што содржи сол (Слика 1), па затоа содржината на заситен кислород во хранливите раствори со различни концентрации ќе биде различна.

Транспорт на кислород во матрицата

Кислородот што корените на стакленичките култури можат да го добијат од хранливиот раствор мора да биде во слободна состојба, а кислородот се транспортира во подлогата преку воздух и вода и вода околу корените. Кога е во рамнотежа со содржината на кислород во воздухот на дадена температура, кислородот растворен во водата достигнува максимум, а промената на содржината на кислород во воздухот ќе доведе до пропорционална промена на содржината на кислород во водата.

Ефекти од хипоксија во кореновата средина врз културите

Причини за хипоксија на коренот

Постојат неколку причини зошто ризикот од хипоксија во хидропониката и системите за одгледување на супстрат е поголем во лето. Прво, содржината на заситен кислород во водата ќе се намалува со зголемувањето на температурата. Второ, кислородот потребен за одржување на растот на коренот се зголемува со зголемувањето на температурата. Понатаму, количината на апсорпција на хранливи материи е поголема во лето, па затоа побарувачката на кислород за апсорпција на хранливи материи е поголема. Тоа доведува до намалување на содржината на кислород во кореновата средина и недостаток на ефикасен додаток, што доведува до хипоксија во кореновата средина.

Апсорпција и раст

Апсорпцијата на повеќето есенцијални хранливи материи зависи од процесите тесно поврзани со метаболизмот на коренот, кои бараат енергија генерирана од дишењето на коренските клетки, односно распаѓањето на фотосинтетските производи во присуство на кислород. Студиите покажаа дека 10%~20% од вкупните асимилирани материи на растенијата домати се користат во корените, од кои 50% се користат за апсорпција на хранливи јони, 40% за раст и само 10% за одржување. Корените мора да најдат кислород во директната средина каде што ослободуваат CO2.₂Под анаеробни услови предизвикани од лоша вентилација во подлогите и хидропониката, хипоксијата ќе влијае на апсорпцијата на вода и хранливи материи. Хипоксијата има брз одговор на активната апсорпција на хранливи материи, имено нитрати (NO₃^-), калиум (K) и фосфат (PO₄^3-), што ќе се меша во пасивната апсорпција на калциум (Ca) и магнезиум (Mg).

Растот на коренот на растението бара енергија, нормалната активност на коренот бара најниска концентрација на кислород, а концентрацијата на кислород под вредноста COP станува фактор што го ограничува метаболизмот на коренските клетки (хипоксија). Кога нивото на содржина на кислород е ниско, растот се забавува или дури и запира. Ако делумната хипоксија на коренот влијае само на гранките и лисјата, кореновиот систем може да го компензира делот од кореновиот систем што повеќе не е активен од некоја причина со зголемување на локалната апсорпција.

Метаболниот механизам на растенијата зависи од кислородот како акцептор на електрони. Без кислород, производството на АТП ќе престане. Без АТП, одливот на протони од корените ќе престане, клеточниот сок од коренските клетки ќе стане кисел и овие клетки ќе умрат во рок од неколку часа. Привремената и краткотрајната хипоксија нема да предизвика неповратен нутритивен стрес кај растенијата. Поради механизмот на „нитратно дишење“, може да биде краткорочна адаптација за справување со хипоксијата како алтернативен начин за време на хипоксијата на коренот. Сепак, долготрајната хипоксија ќе доведе до бавен раст, намалена површина на листовите и намалена свежа и сува тежина, што ќе доведе до значително намалување на приносот на културите.

Етилен

Растенијата ќе формираат етилен in situ под голем стрес. Вообичаено, етиленот се отстранува од корените со дифузија во воздухот во почвата. Кога ќе се појави заситување, формирањето на етилен не само што ќе се зголеми, туку и дифузијата ќе биде значително намалена бидејќи корените се опкружени со вода. Зголемувањето на концентрацијата на етилен ќе доведе до формирање на аерациско ткиво во корените (Слика 2). Етиленот може да предизвика и стареење на листовите, а интеракцијата помеѓу етиленот и ауксинот ќе го зголеми формирањето на адвентивни корени.

Кислородниот стрес доведува до намален раст на листовите

ABA се произведува во корените и листовите за да се справи со различни стресови од животната средина. Во кореновата средина, типичниот одговор на стресот е затворање на стомите, што вклучува формирање на ABA. Пред да се затворат стомите, врвот на растението го губи притисокот на отекување, горните листови венеат, а фотосинтетската ефикасност може да се намали. Многу студии покажаа дека стомите реагираат на зголемувањето на концентрацијата на ABA во апопластите со затворање, односно вкупната содржина на ABA во нелистовите со ослободување на интрацелуларен ABA, растенијата можат многу брзо да ја зголемат концентрацијата на апопласт ABA. Кога растенијата се под стрес од животната средина, тие почнуваат да ослободуваат ABA во клетките, а сигналот за ослободување на коренот може да се пренесе за минути наместо за часови. Зголемувањето на ABA во ткивото на листот може да го намали издолжувањето на клеточниот ѕид и да доведе до намалување на издолжувањето на листот. Друг ефект на хипоксијата е тоа што животниот век на листовите е скратен, што ќе влијае на сите лисја. Хипоксијата обично води до намалување на транспортот на цитокинини и нитрати. Недостатокот на азот или цитокинин ќе го скрати времето на одржување на површината на листовите и ќе го запре растот на гранките и листовите во рок од неколку дена.

Оптимизирање на кислородната средина на кореновиот систем на културите

Карактеристиките на подлогата се одлучувачки за распределбата на водата и кислородот. Концентрацијата на кислород во кореновата средина на зеленчукот во стаклена градина е главно поврзана со капацитетот за задржување на вода на подлогата, наводнувањето (големина и фреквенција), структурата на подлогата и температурата на лентата на подлогата. Само кога содржината на кислород во кореновата средина е барем над 10% (4~5mg/L), активноста на коренот може да се одржи во најдобра состојба.

Кореновиот систем на културите е многу важен за растот на растенијата и отпорноста на растителни болести. Водата и хранливите материи ќе се апсорбираат според потребите на растенијата. Сепак, нивото на кислород во кореновата средина во голема мера ја одредува ефикасноста на апсорпција на хранливите материи и водата и квалитетот на кореновиот систем. Доволното ниво на кислород во кореновиот систем може да обезбеди здравје на кореновиот систем, така што растенијата имаат подобра отпорност на патогени микроорганизми (Слика 3). Соодветното ниво на кислород во подлогата, исто така, го минимизира ризикот од анаеробни услови, со што се минимизира ризикот од патогени микроорганизми.

Потрошувачка на кислород во кореновата средина

Максималната потрошувачка на кислород кај културите може да достигне до 40 mg/m2/h (потрошувачката зависи од културите). Во зависност од температурата, водата за наводнување може да содржи до 7~8 mg/L кислород (Слика 4). За да се достигнат 40 mg, мора да се даваат 5 L вода на секој час за да се задоволи побарувачката за кислород, но всушност, количината на наводнување во еден ден може да не се достигне. Ова значи дека кислородот обезбеден со наводнување игра само мала улога. Поголемиот дел од снабдувањето со кислород стигнува до кореновата зона преку порите во матрицата, а придонесот на снабдувањето со кислород преку порите е дури 90%, во зависност од времето од денот. Кога испарувањето на растенијата ќе достигне максимум, количината на наводнување исто така ќе достигне максимум, што е еквивалентно на 1~1,5 L/m2/h. Ако водата за наводнување содржи 7 mg/L кислород, таа ќе обезбеди 7~11 mg/m2/h кислород за кореновата зона. Ова е еквивалентно на 17%~25% од побарувачката. Секако, ова се однесува само на ситуацијата кога водата за наводнување сиромашна со кислород во подлогата се заменува со свежа вода за наводнување.

Покрај потрошувачката на корени, микроорганизмите во кореновата средина консумираат и кислород. Тешко е да се квантифицира ова бидејќи не се направени мерења во овој поглед. Бидејќи секоја година се заменуваат нови супстрати, може да се претпостави дека микроорганизмите играат релативно мала улога во потрошувачката на кислород.

Оптимизирајте ја температурата на околината на корените

Температурата на околината на кореновиот систем е многу важна за нормалниот раст и функција на кореновиот систем, а е и важен фактор што влијае на апсорпцијата на вода и хранливи материи од страна на кореновиот систем.

Прениската температура на подлогата (температура на коренот) може да доведе до тешкотии во апсорпцијата на вода. На 5℃, апсорпцијата е 70%~80% помала отколку на 20℃. Ако ниската температура на подлогата е придружена со висока температура, тоа ќе доведе до венење на растението. Апсорпцијата на јони очигледно зависи од температурата, што ја инхибира апсорпцијата на јони на ниска температура, а чувствителноста на различните хранливи елементи на температурата е различна.

Превисоката температура на подлогата е исто така бескорисна и може да доведе до преголем коренов систем. Со други зборови, постои неурамнотежена распределба на сува материја кај растенијата. Бидејќи кореновиот систем е преголем, ќе се појават непотребни загуби преку дишењето, а овој дел од изгубената енергија можеше да се искористи за делот за берба на растението. На повисока температура на подлогата, содржината на растворен кислород е помала, што има многу поголемо влијание врз содржината на кислород во кореновата средина отколку кислородот што го консумираат микроорганизмите. Кореновиот систем троши многу кислород, па дури и доведува до хипоксија во случај на лоша подлога или структура на почвата, со што се намалува апсорпцијата на вода и јони.

Одржувајте разумен капацитет за задржување на вода на матрицата.

Постои негативна корелација помеѓу содржината на вода и процентот на содржина на кислород во матрицата. Кога содржината на вода се зголемува, содржината на кислород се намалува и обратно. Постои критичен опсег помеѓу содржината на вода и кислородот во матрицата, односно 80%~85% содржина на вода (Слика 5). Долгорочното одржување на содржината на вода над 85% во подлогата ќе влијае на снабдувањето со кислород. Поголемиот дел од снабдувањето со кислород (75%~90%) е преку порите во матрицата.

Дополнување на наводнувањето на содржината на кислород во подлогата

Повеќе сончева светлина ќе доведе до поголема потрошувачка на кислород и помала концентрација на кислород во корените (Слика 6), а повеќе шеќер ќе ја зголеми потрошувачката на кислород ноќе. Транспирацијата е силна, апсорпцијата на вода е голема и има повеќе воздух и повеќе кислород во подлогата. Од левата страна на Слика 7 може да се види дека содржината на кислород во подлогата малку ќе се зголеми по наводнувањето под услов капацитетот за задржување на вода на подлогата да е висок, а содржината на воздух многу ниска. Како што е прикажано од десната страна на сл. 7, под услов на релативно подобро осветлување, содржината на воздух во подлогата се зголемува поради поголема апсорпција на вода (исти времиња на наводнување). Релативното влијание на наводнувањето врз содржината на кислород во подлогата е далеку помало од капацитетот за задржување на вода (содржина на воздух) во подлогата.

Дискутирајте

Во вистинското производство, содржината на кислород (воздух) во кореновата средина на културата лесно се занемарува, но тоа е важен фактор за да се обезбеди нормален раст на културите и здрав развој на корените.

За да се добие максимален принос за време на производството на култури, многу е важно да се заштити средината на кореновиот систем во најдобра состојба колку што е можно повеќе. Студиите покажаа дека О₂содржината во средината на кореновиот систем под 4mg/L ќе има негативно влијание врз растот на културите.₂Содржината во кореновата средина е главно под влијание на наводнувањето (количина и фреквенција на наводнување), структурата на подлогата, содржината на вода во подлогата, температурата на стаклена градина и подлогата, а различните модели на садење ќе бидат различни. Алгите и микроорганизмите исто така имаат одредена врска со содржината на кислород во кореновата средина на хидропонските култури. Хипоксијата не само што предизвикува бавен развој на растенијата, туку го зголемува и притисокот на патогените на коренот (питиум, фитофтора, фузариум) врз растот на коренот.

Стратегијата за наводнување има значително влијание врз О₂содржината во подлогата, а исто така е и поконтролиран начин во процесот на садење. Некои студии за садење рози покажаа дека бавното зголемување на содржината на вода во подлогата (наутро) може да се постигне подобра состојба на кислород. Во подлогата со низок капацитет за задржување на вода, подлогата може да одржува висока содржина на кислород, а во исто време, потребно е да се избегне разликата во содржината на вода помеѓу подлогите преку поголема фреквенција на наводнување и пократок интервал. Колку е помал капацитетот за задржување на вода на подлогите, толку е поголема разликата помеѓу подлогите. Влажната подлога, помалата фреквенција на наводнување и подолгиот интервал обезбедуваат поголема замена на воздухот и поволни услови на кислород.

Дренажата на подлогата е уште еден фактор што има големо влијание врз стапката на обновување и градиентот на концентрацијата на кислород во подлогата, во зависност од видот и капацитетот за задржување на вода на подлогата. Течноста за наводнување не треба да останува на дното на подлогата предолго, туку треба брзо да се испушта за да може свежата вода за наводнување збогатена со кислород повторно да стигне до дното на подлогата. Брзината на дренажа може да се влијае со некои релативно едноставни мерки, како што е наклонот на подлогата во надолжниот и широчинскиот правец. Колку е поголем наклонот, толку е поголема брзината на дренажа. Различните подлоги имаат различни отвори, а бројот на излези е исто така различен.

КРАЈ

[информации за цитатот]

Сие Јуанпеи. Ефекти од содржината на кислород во животната средина во корените на стакленичките култури врз растот на културите [J]. Технологија за земјоделско инженерство, 2022,42(31):21-24.