Zemědělská inženýrská technologie skleníkového zahradnictví Publikováno v Pekingu v 17:30 dne 13. ledna 2023.

Absorpce většiny živin je proces úzce související s metabolickými aktivitami kořenů rostlin.Tyto procesy vyžadují energii generovanou dýcháním kořenových buněk a absorpce vody je také regulována teplotou a dýcháním a dýchání vyžaduje účast kyslíku, takže kyslík v kořenovém prostředí má zásadní vliv na normální růst plodin.Obsah rozpuštěného kyslíku ve vodě je ovlivněn teplotou a salinitou a struktura substrátu určuje obsah vzduchu v kořenovém prostředí.Závlaha má velké rozdíly v obnově a doplňování obsahu kyslíku v substrátech s různým skupenstvím vody.Existuje mnoho faktorů pro optimalizaci obsahu kyslíku v kořenovém prostředí, ale stupeň vlivu každého faktoru je zcela odlišný.Udržení přiměřené kapacity substrátu zadržující vodu (obsah vzduchu) je předpokladem udržení vysokého obsahu kyslíku v kořenovém prostředí.

Vliv teploty a salinity na obsah nasyceného kyslíku v roztoku

Obsah rozpuštěného kyslíku ve vodě

Rozpuštěný kyslík je ve vodě rozpuštěn v nevázaném nebo volném kyslíku a obsah rozpuštěného kyslíku ve vodě dosáhne maxima při určité teplotě, což je obsah nasyceného kyslíku.Obsah nasyceného kyslíku ve vodě se mění s teplotou a při zvýšení teploty obsah kyslíku klesá.Obsah nasyceného kyslíku v čisté vodě je vyšší než v mořské vodě obsahující sůl (obrázek 1), takže obsah nasyceného kyslíku v živných roztocích s různými koncentracemi se bude lišit.

Transport kyslíku v matrici

Kyslík, který mohou kořeny skleníkových plodin získat ze živného roztoku, musí být ve volném stavu a kyslík je v substrátu transportován vzduchem a vodou a vodou kolem kořenů.Když je při dané teplotě v rovnováze s obsahem kyslíku ve vzduchu, kyslík rozpuštěný ve vodě dosáhne maxima a změna obsahu kyslíku ve vzduchu povede k úměrné změně obsahu kyslíku ve vodě.

Účinky hypoxického stresu v kořenovém prostředí na plodiny

Příčiny kořenové hypoxie

Existuje několik důvodů, proč je riziko hypoxie v hydroponických systémech a systémech kultivace substrátu v létě vyšší.Za prvé, obsah nasyceného kyslíku ve vodě se bude s rostoucí teplotou snižovat.Za druhé, kyslík potřebný k udržení růstu kořenů se zvyšuje s rostoucí teplotou.Kromě toho je množství absorpce živin v létě vyšší, takže potřeba kyslíku pro absorpci živin je vyšší.Vede ke snížení obsahu kyslíku v kořenovém prostředí a nedostatku účinného doplňku, což vede k hypoxii kořenového prostředí.

Absorpce a růst

Absorpce většiny základních živin závisí na procesech úzce souvisejících s metabolismem kořenů, které vyžadují energii generovanou dýcháním kořenových buněk, tedy rozkladem produktů fotosyntézy za přítomnosti kyslíku.Studie ukázaly, že 10%~20% celkových asimilátů rostlin rajčat se používá v kořenech, z nichž 50% se používá pro absorpci živných iontů, 40% pro růst a pouze 10% pro údržbu.Kořeny musí najít kyslík v přímém prostředí, kde uvolňují CO₂.Za anaerobních podmínek způsobených špatnou ventilací v substrátech a hydroponií ovlivní hypoxie absorpci vody a živin.Hypoxie má rychlou odezvu na aktivní vstřebávání živin, jmenovitě dusičnanů (NO₃^-), draslík (K) a fosforečnan (PO₄^3-), což bude narušovat pasivní vstřebávání vápníku (Ca) a hořčíku (Mg).

Růst kořenů rostlin potřebuje energii, normální činnost kořenů potřebuje nejnižší koncentraci kyslíku a koncentrace kyslíku pod hodnotou COP se stává faktorem omezujícím metabolismus kořenových buněk (hypoxie).Když je obsah kyslíku nízký, růst se zpomalí nebo dokonce zastaví.Pokud částečná kořenová hypoxie postihuje pouze větve a listy, může kořenový systém kompenzovat část kořenového systému, která již z nějakého důvodu není aktivní, zvýšením lokální absorpce.

Metabolický mechanismus rostlin závisí na kyslíku jako akceptoru elektronů.Bez kyslíku se produkce ATP zastaví.Bez ATP se zastaví odtok protonů z kořenů, buněčná míza kořenových buněk se okyselí a tyto buňky během pár hodin odumřou.Dočasná a krátkodobá hypoxie nezpůsobí u rostlin nevratný nutriční stres.Vzhledem k mechanismu „dusičnanového dýchání“ může jít o krátkodobou adaptaci na zvládnutí hypoxie jako alternativního způsobu během kořenové hypoxie.Dlouhodobá hypoxie však povede k pomalému růstu, zmenšení listové plochy a snížení čerstvé a suché hmotnosti, což povede k výraznému poklesu výnosu plodiny.

Ethylen

Rostliny budou tvořit ethylen in situ pod velkým stresem.Obvykle se etylen odstraňuje z kořenů difuzí do půdního vzduchu.Když dojde k podmáčení, tvorba etylenu se nejen zvýší, ale také se značně sníží difúze, protože kořeny jsou obklopeny vodou.Zvýšení koncentrace ethylenu povede k tvorbě provzdušňovací tkáně v kořenech (obrázek 2).Ethylen může také způsobit stárnutí listů a interakce mezi ethylenem a auxinem zvýší tvorbu náhodných kořenů.

Kyslíkový stres vede ke snížení růstu listů

ABA je produkována v kořenech a listech, aby se vyrovnala s různými environmentálními stresy.V kořenovém prostředí je typickou reakcí na stres uzavření průduchů, které zahrnuje tvorbu ABA.Před uzavřením průduchů ztrácí vrchol rostliny tlak bobtnání, vrchní listy vadnou a může se také snížit účinnost fotosyntézy.Mnohé studie prokázaly, že průduchy reagují na zvýšení koncentrace ABA v apoplastu uzavřením, tedy celkovým obsahem ABA v nelistech uvolněním intracelulární ABA, rostliny mohou koncentraci apoplastu ABA velmi rychle zvýšit.Když jsou rostliny pod environmentálním stresem, začnou uvolňovat ABA v buňkách a signál uvolnění kořene může být přenesen v minutách místo hodin.Zvýšení ABA v tkáni listů může snížit prodloužení buněčné stěny a vést ke snížení prodloužení listů.Dalším účinkem hypoxie je zkrácení životnosti listů, což se projeví na všech listech.Hypoxie obvykle vede ke snížení transportu cytokininů a nitrátů.Nedostatek dusíku nebo cytokininu zkrátí dobu údržby listové plochy a zastaví růst větví a listů během několika dnů.

Optimalizace kyslíkového prostředí kořenového systému plodin

Pro distribuci vody a kyslíku jsou rozhodující vlastnosti substrátu.Koncentrace kyslíku v kořenovém prostředí skleníkové zeleniny souvisí především s vodní kapacitou substrátu, závlahou (velikost a frekvence), strukturou substrátu a teplotou substrátu.Pouze když je obsah kyslíku v kořenovém prostředí alespoň nad 10 % (4~5 mg/l), může být kořenová aktivita udržována v nejlepším stavu.

Kořenový systém plodin je velmi důležitý pro růst rostlin a odolnost rostlin vůči chorobám.Voda a živiny budou absorbovány podle potřeb rostlin.Hladina kyslíku v kořenovém prostředí však do značné míry určuje účinnost vstřebávání živin a vody a kvalitu kořenového systému.Dostatečná hladina kyslíku v prostředí kořenového systému může zajistit zdraví kořenového systému, takže rostliny mají lepší odolnost vůči patogenním mikroorganismům (obrázek 3).Dostatečná hladina kyslíku v substrátu také minimalizuje riziko anaerobních podmínek, čímž se minimalizuje riziko patogenních mikroorganismů.

Spotřeba kyslíku v kořenovém prostředí

Maximální spotřeba kyslíku plodinami může být až 40 mg/m2/h (spotřeba závisí na plodinách).V závislosti na teplotě může zavlažovací voda obsahovat až 7~8 mg/l kyslíku (obrázek 4).Aby se dosáhlo 40 mg, musí se podat každou hodinu 5 l vody, aby se pokryla potřeba kyslíku, ale ve skutečnosti nemusí být množství zavlažování za jeden den dosaženo.To znamená, že kyslík poskytovaný zavlažováním hraje jen malou roli.Většina dodávky kyslíku se dostává do kořenové zóny přes póry v matrici a příspěvek dodávky kyslíku přes póry je až 90 % v závislosti na denní době.Když odpařování rostlin dosáhne maxima, dosáhne i závlahové množství maxima, což je ekvivalent 1~1,5L/m2/h.Pokud zavlažovací voda obsahuje 7 mg/l kyslíku, poskytne 7~11 mg/m2/h kyslíku pro kořenovou zónu.To odpovídá 17%~25% poptávky.To se samozřejmě týká pouze situace, kdy je závlahová voda chudá na kyslík v substrátu nahrazena čerstvou závlahovou vodou.

Kromě spotřeby kořenů spotřebovávají mikroorganismy v kořenovém prostředí také kyslík.Je obtížné to kvantifikovat, protože v tomto ohledu nebylo provedeno žádné měření.Vzhledem k tomu, že se každý rok vyměňují nové substráty, lze předpokládat, že mikroorganismy hrají ve spotřebě kyslíku relativně malou roli.

Optimalizujte okolní teplotu kořenů

Teplota prostředí kořenového systému je velmi důležitá pro normální růst a funkci kořenového systému a je také významným faktorem ovlivňujícím vstřebávání vody a živin kořenovým systémem.

Příliš nízká teplota podkladu (kořenová teplota) může vést k potížím při nasákavosti.Při 5 ℃ je absorpce o 70 %~80 % nižší než při 20 ℃.Pokud je nízká teplota substrátu doprovázena vysokou teplotou, povede to k vadnutí rostlin.Absorpce iontů samozřejmě závisí na teplotě, která inhibuje absorpci iontů při nízké teplotě, a citlivost různých živin na teplotu je různá.

Příliš vysoká teplota substrátu je také zbytečná a může vést k příliš velkému kořenovému systému.Jinými slovy, v rostlinách dochází k nevyváženému rozložení sušiny.Protože kořenový systém je příliš velký, dochází ke zbytečným ztrátám dýcháním a tato část ztracené energie mohla být využita pro sklizeň části rostliny.Při vyšší teplotě substrátu je obsah rozpuštěného kyslíku nižší, což má mnohem větší vliv na obsah kyslíku v kořenovém prostředí než kyslík spotřebovaný mikroorganismy.Kořenový systém spotřebovává hodně kyslíku a v případě špatné struktury substrátu nebo půdy dokonce vede k hypoxii, čímž se snižuje vstřebávání vody a iontů.

Udržujte přiměřenou schopnost matrice zadržovat vodu.

Mezi obsahem vody a procentuálním obsahem kyslíku v matrici existuje negativní korelace.Při zvýšení obsahu vody klesá obsah kyslíku a naopak.Mezi obsahem vody a kyslíku v matrici je kritické rozmezí, tj. 80%~85% obsah vody (obrázek 5).Dlouhodobé udržování obsahu vody v substrátu nad 85 % ovlivní přísun kyslíku.Většina kyslíku (75%~90%) je přes póry v matrici.

Doplnění závlahy k obsahu kyslíku v substrátu

Více slunečního záření povede k vyšší spotřebě kyslíku a nižší koncentraci kyslíku v kořenech (obrázek 6) a více cukru zvýší spotřebu kyslíku v noci.Transpirace je silná, absorpce vody je velká a v substrátu je více vzduchu a více kyslíku.Z levé strany obrázku 7 je vidět, že obsah kyslíku v substrátu se po zavlažování mírně zvýší za podmínky, že schopnost substrátu zadržovat vodu je vysoká a obsah vzduchu je velmi nízký.Jak je znázorněno na Obr.7, za podmínky relativně lepšího osvětlení se zvyšuje obsah vzduchu v substrátu v důsledku větší absorpce vody (stejné doby zavlažování).Relativní vliv zavlažování na obsah kyslíku v substrátu je mnohem menší než kapacita zadržování vody (obsah vzduchu) v substrátu.

Diskutujte

Při skutečné produkci je obsah kyslíku (vzduchu) v prostředí kořenů plodin snadno přehlédnutelný, ale je důležitým faktorem pro zajištění normálního růstu plodin a zdravého vývoje kořenů.

Pro dosažení maximálního výnosu při produkci plodiny je velmi důležité chránit prostředí kořenového systému v co nejlepším stavu.Studie ukázaly, že O₂obsah v prostředí kořenového systému pod 4 mg/l bude mít negativní dopad na růst plodin.O₂obsah v kořenovém prostředí je ovlivněn především závlahou (množství a frekvence závlahy), strukturou substrátu, obsahem vody v substrátu, teplotou skleníku a substrátu a různé způsoby výsadby se budou lišit.Řasy a mikroorganismy mají také určitý vztah k obsahu kyslíku v kořenovém prostředí hydroponických plodin.Hypoxie způsobuje nejen pomalý vývoj rostlin, ale také zvyšuje tlak kořenových patogenů (pythium, phytophthora, fusarium) na růst kořenů.

Zavlažovací strategie má významný vliv na O₂obsahu v substrátu a je to také lépe kontrolovatelný způsob v procesu výsadby.Některé studie pěstování růží zjistily, že pomalým zvyšováním obsahu vody v substrátu (ráno) lze dosáhnout lepšího stavu kyslíku.V substrátu s nízkou kapacitou zadržování vody si substrát dokáže udržet vysoký obsah kyslíku a zároveň je nutné zamezit rozdílu obsahu vody mezi substráty vyšší frekvencí zavlažování a kratším intervalem.Čím nižší je schopnost substrátů zadržovat vodu, tím větší je rozdíl mezi substráty.Vlhký substrát, nižší frekvence zavlažování a delší interval zajišťují větší výměnu vzduchu a příznivé podmínky pro kyslík.

Odvodnění substrátu je dalším faktorem, který má velký vliv na rychlost obnovy a gradient koncentrace kyslíku v substrátu v závislosti na typu a schopnosti substrátu zadržovat vodu.Závlahová kapalina by neměla zůstat na dně substrátu příliš dlouho, ale měla by být rychle vypuštěna, aby se čerstvá závlahová voda obohacená kyslíkem mohla opět dostat na dno substrátu.Rychlost odvodnění lze ovlivnit některými relativně jednoduchými opatřeními, jako je spád podkladu v podélném a šířkovém směru.Čím větší je spád, tím vyšší je rychlost odvodnění.Různé substráty mají různé otvory a různý je i počet vývodů.

KONEC

[informace o citaci]

Xie Yuanpei.Vliv environmentálního obsahu kyslíku v kořenech skleníkových plodin na růst plodin [J].Technologie zemědělské techniky, 2022,42(31):21-24.