Земјоделска инженерска технологија на оранжериско градинарство 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 корените на растенијата.Овие процеси бараат енергија генерирана од дишењето на коренските клетки, а апсорпцијата на вода е исто така регулирана со температура и дишење, а дишењето бара учество на кислород, така што кислородот во средината на коренот има витално влијание врз нормалниот раст на културите.Содржината на растворениот кислород во водата е под влијание на температурата и соленоста, а структурата на подлогата ја одредува содржината на воздухот во средината на коренот.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 коренската средина, но степенот на влијание на секој фактор е сосема различен.Одржувањето на разумен капацитет за задржување вода на подлогата (содржината на воздух) е премиса за одржување на висока содржина на кислород во средината на коренот.

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

Содржина на растворен кислород во вода

Растворениот кислород се раствора во неврзан или слободен кислород во водата, а содржината на растворениот кислород во водата ќе го достигне максимумот 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 бистрата вода е поголема од онаа на морската вода што содржи сол (слика 1), така што содржината на заситен кислород во хранливите раствори со различни концентрации ќе биде различна.

Транспорт на кислород во матрица

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 воздухот и водата и водата околу корените.Кога е во рамнотежа со содржината на кислород во воздухот на дадена температура, кислородот растворен во водата го достигнува максимумот, а промената на содржината на кислород во воздухот ќе доведе до пропорционална промена на содржината на кислород во водата.

Ефекти од стресот на хипоксија во коренската средина врз културите

Причини за хипоксија на коренот

Постојат неколку причини зошто ризикот од хипоксија во системите за хидропоника и одгледување на подлоги е поголем во лето.Како прво, содржината на заситениот кислород во водата ќе се намали 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, така што побарувачката на кислород за апсорпција на хранливи материи е поголема.Тоа доведува до намалување на содржината на кислород во коренската средина и недостаток на ефикасен додаток, што доведува до хипоксија во коренската 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 распаѓање на фотосинтетичките производи во присуство на кислород.Истражувањата покажаа дека 10%~20% од вкупните асимилати 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.Под анаеробни услови предизвикани од лоша вентилација во подлогите и хидропоника, хипоксијата ќе влијае на апсорпцијата на вода и хранливи материи.Хипоксија има брз одговор на активната апсорпција на хранливи материи, имено нитрати (НЕ₃^-), калиум (К) и фосфат (PO₄^3-), што ќе ја попречи пасивната апсорпција на калциум (Ca) и магнезиум (Mg).

На растот на коренот на растението му е потребна енергија, на нормалната активност на коренот му е потребна најниска концентрација на кислород, а концентрацијата на кислород под вредноста на 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 кој поради некоја причина повеќе не е активен со зголемување на локалната апсорпција.

Метаболичкиот 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 за неколку часа.Привремената и краткотрајната хипоксија нема да предизвика неповратен нутритивен стрес кај растенијата.Поради механизмот „нитратно дишење“, може да биде краткорочно прилагодување за справување со хипоксија како алтернативен начин за време на хипоксија на коренот.Сепак, долгорочната хипоксија ќе доведе до бавен раст, намалена лисна површина и намалена свежа и сува тежина, што ќе доведе до значително опаѓање на приносот на културите.

Етилен

Растенијата ќе формираат етилен на самото место под голем стрес.Обично, етиленот се отстранува од корените со дифузија во воздухот во почвата.Кога ќе се појави наводнување, формирањето на етилен не само што ќе се зголеми, туку и дифузијата значително ќе се намали бидејќи корените се опкружени со вода.Зголемувањето на концентрацијата на етилен ќе доведе до формирање на аерационо ткиво во корените (Слика 2).Етилен, исто така, може да предизвика стареење на листовите, а интеракцијата помеѓу етилен и ауксин ќе го зголеми формирањето на адвентивни корени.

Кислородниот стрес доведува до намален раст на листовите

АБА се произведува во корени и лисја за да се справи со различни стресови од околината.Во коренската средина, типичен одговор на стресот е затворање на стомаци, што вклучува формирање на АБА.Пред да се затворат стомите, врвот на растението го губи притисокот на отекување, горниот дел остава овенат, а фотосинтетската ефикасност исто така може да се намали.Многу студии покажаа дека стомите реагираат на зголемувањето на концентрацијата на АБА во апопластот со затворање, односно вкупната содржина на АБА во нелистовите со ослободување на интрацелуларната АБА, растенијата можат многу брзо да ја зголемат концентрацијата на апопласт АБА.Кога растенијата се под стрес на околината, тие почнуваат да ослободуваат АБА во клетките, а сигналот за ослободување на коренот може да се пренесе за неколку минути наместо за часови.Зголемувањето на АБА во ткивото на листот може да го намали издолжувањето на клеточниот ѕид и да доведе до намалување на издолжувањето на листот.Друг ефект на хипоксија е тоа што животниот век на листовите е скратен, што ќе влијае на сите лисја.Хипоксија обично доведува до намалување на транспортот на цитокинин и нитрати.Недостатокот на азот или цитокинин ќе го скрати времето на одржување на лисната површина 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 коренската средина на стакленичкиот зеленчук е главно поврзана со капацитетот за задржување вода на подлогата, наводнувањето (големина и фреквенција), структурата на подлогата и температурата на лентата на подлогата.Само кога содржината на кислород во коренската средина е најмалку над 10% (4~5 mg/L), може да се одржи активноста на коренот во најдобра состојба.

Кореновиот систем на културите е многу важен за растот на растенијата и отпорноста на растенијата од болести.Водата и хранливите материи ќе се апсорбираат според потребите на растенијата.Сепак, нивото на кислород во коренската средина во голема мера ја одредува ефикасноста на апсорпција на хранливите материи и водата и квалитетот на кореновиот систем.Доволното ниво на кислород во средината на 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 коренската средина

Максималната потрошувачка на кислород кај земјоделските култури може да биде 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 достигне 40 mg, мора да се даваат 5 литри вода секој час за да се задоволат потребите на кислород, но всушност, количината за наводнување во еден ден може да не се достигне.Ова значи дека кислородот што се обезбедува со наводнување игра само мала улога.Најголем дел од снабдувањето со кислород допира до зоната на коренот 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 го достигнува и максимумот, што е еквивалентно на 1~1,5L/m2/h.Ако водата за наводнување содржи 7mg/L кислород, таа ќе обезбеди 7~11mg/m2/h кислород за зоната на коренот.Ова е еквивалентно на 17%~25% од побарувачката.Се разбира, 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 коренската средина трошат и кислород.Тешко е да се измери ова бидејќи не е направено мерење 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 функцијата на кореновиот систем, а исто така е важен фактор што влијае на апсорпцијата на вода и хранливи материи од кореновиот систем.

Премногу ниската 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 растенијата.Апсорпцијата на јони очигледно зависи од температурата, која ја инхибира апсорпцијата на јони при ниска температура, а чувствителноста на различни хранливи елементи на температура е различна.

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

Одржувајте разумен капацитет за задржување вода на матрицата.

Постои негативна корелација помеѓу содржината на вода и процентуалната 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).Долготрајното одржување на содржината на вода над 85% во подлогата ќе влијае на снабдувањето со кислород.Најголем дел од снабдувањето со кислород (75%~90%) е преку порите во матрицата.

Дополнување на наводнување 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 во текот на ноќта.Транспирацијата е силна, апсорпцијата на вода е голема, а во подлогата има повеќе воздух и повеќе кислород.Може да се види од левата страна на слика 7 дека содржината на кислород во подлогата малку ќе се зголеми по наводнувањето под услов капацитетот за задржување вода на подлогата да е висок, а содржината на воздух е многу мала.Како што е прикажано на десната страна на сл.7, под услов на релативно подобро осветлување, содржината на воздухот 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 вода (содржина на воздух) во подлогата.

Дискутирајте

Во вистинското производство, содржината на кислород (воздух) во средината на коренот на културите 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 растителното производство, многу е важно да се заштити околината на кореновиот систем што е можно повеќе во најдобра состојба.Истражувањата покажаа дека О₂содржината во средината на кореновиот систем под 4 mg/L ќе има негативно влијание врз растот на културите.О₂содржината во коренската средина е главно под влијание на наводнувањето (количината и зачестеноста на наводнувањето), структурата на подлогата, содржината на водата 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 коренската средина на хидропонските култури.Хипоксија не само што предизвикува бавен развој на растенијата, туку и го зголемува притисокот на коренските патогени (питиум, фитофтора, фузариум) врз растот на коренот.

Стратегијата за наводнување има значително влијание врз О₂содржина во подлогата, а исто така е поконтролиран начин во процесот на садење.Некои студии за садење рози открија дека полека со зголемување на содржината на вода во подлогата (наутро) може да се добие подобра кислородна состојба.Во подлогата со мал капацитет за задржување вода, подлогата може да одржува висока содржина на кислород, а во исто време, неопходно 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 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 за кислород.

Дренажата на подлогата е уште еден фактор кој има големо влијание врз стапката на обновување и градиентот на концентрацијата на кислород во подлогата, во зависност од видот и капацитетот за задржување вода на подлогата.Течноста за наводнување не треба да стои предолго на дното на подлогата, туку треба брзо да се испушти за да може свежата вода за наводнување збогатена со кислород повторно да стигне до дното на подлогата.На брзината на одводнување може да влијаат некои релативно едноставни мерки, како што се градиентот на подлогата во надолжната и ширината насоки.Колку е поголем градиентот, толку е поголема брзината на одводнување.Различни подлоги имаат различни отвори и бројот на излези е исто така различен.

КРАЈ

[информации за цитирање]

Ксие Јуанпеи.Ефекти од содржината на кислород во животната средина во корените на стакленичките култури врз растот на културите [J].Земјоделска инженерска технологија, 2022, 42 (31): 21-24.