Zemědělská inženýrská technologie skleníku GardeningPuclised v Pekingu v 17:30 13. ledna 2023.

Absorpce většiny živných prvků 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 dopad na normální růst plodin. Obsah rozpuštěného kyslíku ve vodě je ovlivněn teplotou a slaností a struktura substrátu určuje obsah vzduchu v kořenovém prostředí. Zavlažování má velké rozdíly v obnově a doplňování obsahu kyslíku v substrátech s různými stavy obsahu vody. Existuje mnoho faktorů pro optimalizaci obsahu kyslíku v kořenovém prostředí, ale stupeň vlivu každého faktoru je zcela odlišný. Udržování přiměřené kapacity zadržování vody substrátu (obsah vzduchu) je předpokladem udržování vysokého obsahu kyslíku v kořenovém prostředí.

Účinky teploty a slanosti na obsah nasyceného kyslíku v roztoku

Obsah rozpuštěného kyslíku ve vodě

Rozpuštěný kyslík se rozpustí ve vodě nevázaný nebo volný kyslík a obsah rozpuštěného kyslíku ve vodě dosáhne maxima při určité teplotě, což je nasycený obsah kyslíku. Nasycený obsah kyslíku ve vodě se mění s teplotou a když se teplota zvyšuje, obsah kyslíku se snižuje. Nasycený obsah kyslíku čisté vody je vyšší než obsah mořské vody obsahující soli (obrázek 1), takže nasycený obsah kyslíku v roztocích živin s různými koncentracemi bude odlišný.

Transport kyslíku v matrici

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

Účinky stresu hypoxie v kořenovém prostředí na plodiny

Příčiny hypoxie kořenů

Existuje několik důvodů, proč je v létě vyšší riziko hypoxie v hydroponii a kultivačním systémech substrátu. Nejprve ze všeho se s rostoucí teplotou sníží nasycený obsah kyslíku ve vodě. Za druhé, kyslík potřebný k udržení růstu kořenů se zvyšuje se zvýšením teploty. Množství absorpce živin je navíc v létě vyšší, takže poptávka po kyslíku pro absorpci živin je vyšší. Vede to ke snížení obsahu kyslíku v kořenovém prostředí a nedostatku efektivního doplňku, což vede k hypoxii v kořenovém prostředí.

Absorpce a růst

Absorpce nejdůležitějších živin závisí na procesech úzce souvisejících s metabolismem kořenů, které vyžadují energii generovanou dýcháním kořenových buněk, tj. Rozklad fotosyntetických produktů v přítomnosti kyslíku. Studie ukázaly, že 10% ~ 20% z celkových asimilátů rostlin rajčat se používá v kořenech, z nichž 50% se používá pro absorpci živin iontů, 40% pro růst a pouze 10% pro údržbu. Kořeny musí najít kyslík v přímém prostředí, kde uvolňují CO₂. Za anaerobních podmínek způsobených špatným ventilací v substrátech a hydroponii ovlivní hypoxie absorpci vody a živin. Hypoxie má rychlou reakci na aktivní absorpci živin, konkrétně dusičnanu (ne₃^-), draslík (k) a fosfát (PO₄^3-), což bude narušit pasivní absorpci vápníku (CA) a hořčíku (MG).

Růst kořene rostlin potřebuje energii, normální aktivita kořenů potřebuje nejnižší koncentraci kyslíku a koncentrace kyslíku pod hodnotou COP se stává faktorem omezujícím metabolismus kořenových buněk (hypoxie). Když je hladina obsahu kyslíku nízká, růst se zpomalí nebo se dokonce zastaví. Pokud částečná kořenová hypoxie ovlivňuje pouze větve a listy, může kořenový systém kompenzovat část kořenového systému, který již z nějakého důvodu není aktivní zvýšením místní absorpce.

Mechabolický mechanismus rostlin závisí na kyslíku jako přijatelnu elektronů. Bez kyslíku se výroba ATP zastaví. Bez ATP se odtok protonů z kořenů zastaví, buněčná míza kořenových buněk se stane kyselým a tyto buňky zemřou během několika hodin. Dočasná a krátkodobá hypoxie nezpůsobí nevratné nutriční stres v rostlinách. Kvůli mechanismu „dýchání dusičnanu“ může být krátkodobá adaptace, která se vyrovná s hypoxií jako alternativním způsobem během kořenové hypoxie. Dlouhodobá hypoxie však povede ke pomalému růstu, snížení plochy listů a snížení čerstvé a suché hmotnosti, což povede k významnému poklesu výnosu plodin.

Ethylen

Rostliny budou tvořit ethylen in situ pod velkým stresem. Obvykle je ethylen odstraněn z kořenů difúzní do půdního vzduchu. Když dojde k vodě, tvorba ethylenu se nejen zvýší, ale také difúze bude výrazně snížena, 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 dobrodružných kořenů.

Kyslíkový stres vede ke snížení růstu listů

ABA se vyrábí v kořenech a listech, aby se vypořádala s různými environmentálními stresy. V kořenovém prostředí je typickou reakcí na stres stomatální uzavření, které zahrnuje tvorbu ABA. Než jsou stomata uzavřena, horní část rostliny ztrácí tlak na otoky, horní listy vadné a fotosyntetická účinnost se také může snížit. Mnoho studií ukázalo, že stomata reaguje na nárůst koncentrace ABA v apoplastu uzavřením, tj. Celkový obsah ABA v neliscích uvolněním intracelulárního ABA může rostliny velmi rychle zvýšit koncentraci Apoplast ABA. Když jsou rostliny pod environmentálním stresem, začnou uvolňovat ABA v buňkách a signál uvolňování kořenů může být přenášen v minutách místo hodin. Zvýšení ABA v listové tkáni může snížit prodloužení buněčné stěny a vést ke snížení prodloužení listů. Dalším účinkem hypoxie je to, že se zkrátí životnost listů, což ovlivní všechny listy. Hypoxie obvykle vede ke snížení transportu cytokininu a dusičnanů. Nedostatek dusíku nebo cytokininu zkrátí dobu údržby plochy listů a během několika dnů zastaví růst větví a listů.

Optimalizace kyslíkového prostředí kořenového systému plodin

Charakteristiky substrátu jsou rozhodující pro distribuci vody a kyslíku. Koncentrace kyslíku v kořenovém prostředí skleníkové zeleniny souvisí hlavně s kapacitou zadržování vody, zavlažování (velikost a frekvence), strukturou substrátu a teplotou pásu substrátu. Pouze v případě, že obsah kyslíku v kořenovém prostředí je 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 proti onemocnění rostlin. Voda a živiny budou absorbovány podle potřeb rostlin. Hladina kyslíku v kořenovém prostředí však do značné míry určuje absorpční účinnost živin a vody a kvalitu kořenového systému. Dostatečná hladina kyslíku v prostředí kořenového systému může zajistit zdraví kořenového systému, aby rostliny měly lepší odolnost vůči patogenním mikroorganismům (obrázek 3). Přiměřená hladina kyslíku v substrátu také minimalizuje riziko anaerobních podmínek, čímž minimalizuje riziko patogenních mikroorganismů.

Spotřeba kyslíku v kořenovém prostředí

Maximální spotřeba kyslíku plodin 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 bylo možné dosáhnout 40 mg, musí být 5L voda podávána každou hodinu, aby bylo možné uspokojit poptávku po kyslíku, ale ve skutečnosti nesmí být množství zavlažování za jeden den dosaženo. To znamená, že kyslík poskytovaný zavlažováním hraje pouze malou roli. Většina přívodu kyslíku dosahuje kořenové zóny přes póry v matrici a příspěvek přívodu kyslíku prostřednictvím pórů je až 90%, v závislosti na denní době. Když odpařování rostlin dosáhne maxima, množství zavlažování také dosáhne maxima, což je ekvivalentní 1 ~ 1,5 l/m2/h. Pokud zavlažovací voda obsahuje kyslík 7 mg/l, poskytne pro kořenovou zónu 7 ~ 11 mg/m2/h kyslík. To odpovídá 17% ~ 25% poptávky. To se samozřejmě vztahuje pouze na situaci, že zavlažovací voda chudí na kyslík v substrátu je nahrazena čerstvou zavlažovací vodou.

Kromě konzumace kořenů konzumují mikroorganismy v kořenovém prostředí. Je obtížné to kvantifikovat, protože v tomto ohledu nebylo provedeno žádné měření. Protože jsou nové substráty vyměňovány každý rok, lze předpokládat, že mikroorganismy hrají relativně malou roli při spotřebě kyslíku.

Optimalizujte teplotu životního prostředí kořenů

Teplota environmentálního kořenového systému je velmi důležitá pro normální růst a funkci kořenového systému a je také důležitým faktorem ovlivňujícím absorpci vody a živin kořenovým systémem.

Příliš nízká teplota substrátu (teplota kořene) může vést k obtížím při absorpci vody. 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 zjevně závisí na teplotě, která inhibuje absorpci iontů při nízké teplotě a citlivost různých živných prvků na teplotu je jiná.

Příliš vysoká teplota substrátu je také zbytečná a může vést k příliš velkému kořenovému systému. Jinými slovy, v rostlinách je nevyvážené rozdělení sušiny. Protože kořenový systém je příliš velký, dojde k zbytečným ztrátám prostřednictvím dýchání a tato část ztracené energie by mohla být použita pro sklizeňskou část rostliny. Při vyšší teplotě substrátu je obsah rozpuštěného kyslíku nižší, což má mnohem větší dopad na obsah kyslíku v kořenovém prostředí než kyslík spotřebovaný mikroorganismy. Kořenový systém spotřebuje mnoho kyslíku a dokonce vede k hypoxii v případě špatného substrátu nebo struktury půdy, čímž se snižuje absorpci vody a iontů.

Udržujte přiměřenou kapacitu matice zadržování vody.

V matrici existuje negativní korelace mezi obsahem vody a procentním obsahem kyslíku. Když se obsah vody zvyšuje, obsah kyslíku se snižuje a naopak. V matrici existuje kritický rozsah mezi obsahem vody a kyslíkem, tj. 80% ~ 85% obsahu vody (obrázek 5). Dlouhodobé udržování obsahu vody nad 85% v substrátu ovlivní přívod kyslíku. Většina přívodu kyslíku (75%~ 90%) je prostřednictvím pórů v matrici.

Doplněk zavlažování obsahu kyslíku v substrátu

Více slunečního světla povede k vyšší konzumaci kyslíku a k nižší koncentraci kyslíku v kořenech (obrázek 6) a více cukru bude v noci zvýšit spotřebu kyslíku. Transpirace je silná, absorpce vody je velká a v substrátu je více vzduchu a více kyslíku. Zleva zleva na obrázku 7 je vidět, že obsah kyslíku v substrátu se po zavlažování mírně zvýší za podmínky, že kapacita zadržení vody substrátu je vysoká a obsah vzduchu je velmi nízký. Jak je znázorněno na pravém obr. 7, za podmínek relativně lepšího osvětlení se obsah vzduchu v substrátu zvyšuje v důsledku větší absorpce vody (stejné doby zavlažování). Relativní vliv zavlažování na obsah kyslíku v substrátu je mnohem menší než kapacita zadržení vody (obsah vzduchu) v substrátu.

Diskutovat

Ve skutečné produkci je obsah kyslíku (vzduch) v prostředí kořenů plodin snadno přehlédnut, ale je důležitým faktorem zajistit normální růst plodin a zdravý vývoj kořenů.

Aby bylo možné získat maximální výnos během produkce plodin, je velmi důležité co nejvíce chránit prostředí kořenového systému v 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 hlavně zavlažováním (množství a frekvence zavlažování), strukturou substrátu, obsahem substrátové vody, skleníkem a teplotou substrátu a různé vzorce výsadby se budou lišit. Řasy a mikroorganismy mají také určitý vztah s obsahem kyslíku v kořenovém prostředí hydroponických plodin. Hypoxie nejen způsobuje pomalý vývoj rostlin, ale také zvyšuje tlak kořenových patogenů (Pythium, Phytophthora, Fusarium) na růst kořenů.

Zavlažovací strategie má významný vliv na O₂Obsah v substrátu a je to také kontrolovatelnější způsob v procesu výsadby. Některé studie pěstování růží zjistily, že pomalé zvyšování obsahu vody v substrátu (ráno) může získat lepší kyslíkový stav. V substrátu s nízkou zadržovací kapacitou vody může substrát udržovat vysoký obsah kyslíku a zároveň je nutné zabránit rozdílu obsahu vody mezi substráty prostřednictvím vyšší frekvence zavlažování a kratšího intervalu. Čím nižší je zadržovací kapacita substrátů, tím větší je rozdíl mezi substráty. Vlhký substrát, nižší frekvence zavlažování a delší interval zajišťují větší výměnu vzduchu a příznivé podmínky kyslíku.

Odvodnění substrátu je dalším faktorem, který má velký vliv na rychlost obnovení a gradient koncentrace kyslíku v substrátu v závislosti na typu a zadržovací kapacitě vody substrátu. Zavlažovací kapalina by neměla zůstat na dně substrátu příliš dlouho, ale měla by být rychle vypuštěna tak, aby čerstvá zavlažovaná voda obohacená kyslíkem mohla znovu dosáhnout dna substrátu. Rychlost odtoku může být ovlivněna některými relativně jednoduchými měřeními, jako je gradient substrátu v podélných a šířkových směrech. Čím větší je gradient, tím rychlejší je drenážní rychlost. Různé substráty mají různé otvory a počet prodejen je také odlišný.

KONEC

[Informace o citaci]

Xie Yuanpei. Účinky obsahu kyslíku na životní prostředí v kořenech skleníkových plodin na růst plodin [J]. Technologie zemědělství, 2022,42 (31): 21-24.