Tehnologija poljoprivredne tehnike vrtlarstva u staklenicima Objavljeno u Pekingu u 17:30 13. siječnja 2023.

Apsorpcija većine hranjivih elemenata proces je usko povezan s metaboličkim aktivnostima korijena biljke.Ovi procesi zahtijevaju energiju generiranu disanjem stanica korijena, a apsorpcija vode je također regulirana temperaturom i disanjem, a disanje zahtijeva sudjelovanje kisika, tako da kisik u okruženju korijena ima vitalan utjecaj na normalan rast usjeva.Na sadržaj otopljenog kisika u vodi utječu temperatura i slanost, a struktura supstrata određuje sadržaj zraka u okruženju korijena.Navodnjavanje ima velike razlike u obnavljanju i nadopunjavanju sadržaja kisika u supstratima s različitim stanjem vode.Postoji mnogo čimbenika za optimizaciju sadržaja kisika u korijenskom okruženju, ali stupanj utjecaja svakog čimbenika je prilično različit.Održavanje razumnog kapaciteta supstrata za zadržavanje vode (sadržaj zraka) pretpostavka je održavanja visokog sadržaja kisika u okruženju korijena.

Učinci temperature i saliniteta na sadržaj zasićenog kisika u otopini

Sadržaj otopljenog kisika u vodi

Otopljeni kisik je otopljen u nevezanom ili slobodnom kisiku u vodi, a sadržaj otopljenog kisika u vodi će doseći maksimum na određenoj temperaturi, što je zasićeni sadržaj kisika.Sadržaj zasićenog kisika u vodi mijenja se s temperaturom, a kada se temperatura poveća, sadržaj kisika opada.Sadržaj zasićenog kisika u bistroj vodi veći je nego u morskoj vodi koja sadrži sol (Slika 1), tako da će sadržaj zasićenog kisika u hranjivim otopinama s različitim koncentracijama biti različit.

Prijenos kisika u matriksu

Kisik koji korijenje stakleničkih kultura može dobiti iz hranjive otopine mora biti u slobodnom stanju, a kisik se u supstratu prenosi zrakom i vodom te vodom oko korijena.Kada je u ravnoteži sa sadržajem kisika u zraku pri određenoj temperaturi, kisik otopljen u vodi doseže maksimum, a promjena sadržaja kisika u zraku dovest će do proporcionalne promjene sadržaja kisika u vodi.

Učinci stresa hipoksije u okruženju korijena na usjeve

Uzroci hipoksije korijena

Nekoliko je razloga zašto je rizik od hipoksije u hidroponskim sustavima i sustavima uzgoja supstrata veći ljeti.Prije svega, sadržaj zasićenog kisika u vodi smanjit će se kako temperatura raste.Drugo, kisik potreban za održavanje rasta korijena povećava se s porastom temperature.Nadalje, količina apsorpcije hranjivih tvari veća je ljeti, pa je i potreba za kisikom za apsorpciju hranjivih tvari veća.To dovodi do smanjenja sadržaja kisika u korijenskom okruženju i nedostatka učinkovite nadopune, što dovodi do hipoksije u korijenskom okruženju.

Apsorpcija i rast

Apsorpcija većine esencijalnih hranjivih tvari ovisi o procesima koji su usko povezani s metabolizmom korijena, a koji zahtijevaju energiju koja nastaje disanjem stanica korijena, odnosno razgradnjom produkata fotosinteze u prisutnosti kisika.Istraživanja su pokazala da se 10%~20% ukupnih asimilata biljaka rajčice koristi u korijenu, od čega se 50% koristi za apsorpciju hranjivih iona, 40% za rast i samo 10% za održavanje.Korijenje mora pronaći kisik u izravnoj okolini gdje otpušta CO₂.U anaerobnim uvjetima uzrokovanim slabom ventilacijom u supstratima i hidroponiji, hipoksija će utjecati na apsorpciju vode i hranjivih tvari.Hipoksija ima brzi odgovor na aktivnu apsorpciju hranjivih tvari, naime nitrata (NO₃^-), kalij (K) i fosfat (PO₄^3-), što će ometati pasivnu apsorpciju kalcija (Ca) i magnezija (Mg).

Rast korijena biljke zahtijeva energiju, normalna aktivnost korijena zahtijeva najnižu koncentraciju kisika, a koncentracija kisika ispod vrijednosti COP postaje čimbenik koji ograničava metabolizam stanica korijena (hipoksija).Kada je sadržaj kisika nizak, rast se usporava ili čak zaustavlja.Ako djelomična hipoksija korijena zahvaća samo grane i lišće, korijenski sustav može kompenzirati dio korijenskog sustava koji iz nekog razloga više nije aktivan povećanjem lokalne apsorpcije.

Metabolički mehanizam biljaka ovisi o kisiku kao akceptoru elektrona.Bez kisika, proizvodnja ATP-a će prestati.Bez ATP-a, otjecanje protona iz korijena će se zaustaviti, stanični sok stanica korijena će se zakiseliti, a te će stanice umrijeti unutar nekoliko sati.Privremena i kratkotrajna hipoksija neće uzrokovati nepovratan prehrambeni stres u biljaka.Zbog mehanizma "disanja nitrata", to može biti kratkoročna prilagodba za suočavanje s hipoksijom kao alternativni način tijekom hipoksije korijena.Međutim, dugotrajna hipoksija dovest će do usporenog rasta, smanjene lisne površine i smanjene svježe i suhe težine, što će dovesti do značajnog pada prinosa usjeva.

Etilen

Biljke će stvarati etilen in situ pod velikim stresom.Obično se etilen uklanja iz korijena difuzijom u zrak tla.Kada dođe do nakupljanja vode, ne samo da će se povećati stvaranje etilena, već će se i difuzija znatno smanjiti jer je korijenje okruženo vodom.Povećanje koncentracije etilena dovest će do stvaranja aeracijskog tkiva u korijenju (slika 2).Etilen također može uzrokovati starenje lišća, a interakcija između etilena i auksina će povećati stvaranje adventivnog korijenja.

Nedostatak kisika dovodi do smanjenog rasta lišća

ABA se proizvodi u korijenu i lišću kako bi se nosila s različitim stresovima iz okoliša.U okruženju korijena, tipičan odgovor na stres je zatvaranje stomaka, što uključuje stvaranje ABA.Prije nego što se stomati zatvore, vrh biljke gubi pritisak bubrenja, gornji listovi venu, a fotosintetska učinkovitost se također može smanjiti.Mnoga su istraživanja pokazala da stomati na povećanje koncentracije ABA u apoplastu odgovaraju zatvaranjem, odnosno ukupni sadržaj ABA u nelistu otpuštanjem intracelularne ABA, biljke mogu vrlo brzo povećati koncentraciju apoplasta ABA.Kada su biljke pod stresom iz okoliša, počinju otpuštati ABA u stanicama, a signal otpuštanja korijena može se prenijeti za nekoliko minuta umjesto sati.Povećanje ABA u tkivu lista može smanjiti produljenje stanične stijenke i dovesti do smanjenja istezanja lista.Drugi učinak hipoksije je skraćivanje životnog vijeka lišća, što će utjecati na sve lišće.Hipoksija obično dovodi do smanjenja transporta citokinina i nitrata.Nedostatak dušika ili citokinina skratit će vrijeme održavanja lisne površine i zaustaviti rast grana i lišća unutar nekoliko dana.

Optimiziranje kisikove sredine korijenskog sustava usjeva

Karakteristike supstrata odlučujuće su za raspodjelu vode i kisika.Koncentracija kisika u okruženju korijena stakleničkog povrća uglavnom je povezana s kapacitetom supstrata za zadržavanje vode, navodnjavanjem (veličinom i učestalošću), strukturom supstrata i temperaturom trake supstrata.Samo kada je sadržaj kisika u okruženju korijena barem iznad 10% (4~5mg/L) aktivnost korijena može se održavati u najboljem stanju.

Korijenov sustav usjeva vrlo je važan za rast biljaka i otpornost biljaka na bolesti.Voda i hranjiva će se apsorbirati prema potrebama biljaka.Međutim, razina kisika u korijenskom okruženju uvelike određuje učinkovitost apsorpcije hranjivih tvari i vode te kvalitetu korijenskog sustava.Dovoljna razina kisika u okruženju korijenskog sustava može osigurati zdravlje korijenskog sustava, tako da biljke imaju bolju otpornost na patogene mikroorganizme (Slika 3).Adekvatna razina kisika u supstratu također smanjuje rizik od anaerobnih uvjeta, čime se smanjuje rizik od patogenih mikroorganizama.

Potrošnja kisika u okruženju korijena

Maksimalna potrošnja kisika usjeva može biti čak 40 mg/m2/h (potrošnja ovisi o usjevima).Ovisno o temperaturi, voda za navodnjavanje može sadržavati do 7~8 mg/L kisika (Slika 4).Da bi se postiglo 40 mg, mora se dati 5L vode svakih sat vremena kako bi se zadovoljila potreba za kisikom, ali u stvari, količina navodnjavanja u jednom danu se možda neće postići.To znači da kisik dobiven navodnjavanjem ima samo malu ulogu.Većina opskrbe kisikom dolazi do zone korijena kroz pore u matriksu, a doprinos opskrbe kisikom kroz pore je čak 90%, ovisno o dobu dana.Kada isparavanje biljaka dosegne maksimum, količina navodnjavanja također doseže maksimum, što je ekvivalentno 1~1,5L/m2/h.Ako voda za navodnjavanje sadrži 7 mg/L kisika, osigurat će 7~11 mg/m2/h kisika za zonu korijena.To je ekvivalentno 17%~25% potražnje.Naravno, ovo se odnosi samo na situaciju da se voda za navodnjavanje siromašna kisikom u supstratu zamijeni svježom vodom za navodnjavanje.

Osim potrošnje korijena, mikroorganizmi u korijenskoj sredini troše i kisik.Teško je to kvantificirati jer u tom pogledu nisu provedena nikakva mjerenja.Budući da se svake godine mijenjaju novi supstrati, može se pretpostaviti da mikroorganizmi imaju relativno malu ulogu u potrošnji kisika.

Optimizirajte temperaturu okoline korijena

Temperatura okoline korijenskog sustava vrlo je važna za normalan rast i funkciju korijenskog sustava, a također je važan čimbenik koji utječe na apsorpciju vode i hranjivih tvari od strane korijenskog sustava.

Preniska temperatura podloge (temperatura korijena) može dovesti do poteškoća u upijanju vode.Na 5 ℃, apsorpcija je 70%~80% niža nego na 20 ℃.Ako nisku temperaturu supstrata prati visoka temperatura, to će dovesti do venuća biljke.Apsorpcija iona očito ovisi o temperaturi, koja inhibira apsorpciju iona na niskim temperaturama, a osjetljivost različitih hranjivih elemenata na temperaturu je različita.

Previsoka temperatura supstrata također je beskorisna i može dovesti do prevelikog korijenskog sustava.Drugim riječima, postoji neuravnotežena raspodjela suhe tvari u biljkama.Budući da je korijenski sustav prevelik, dolazi do nepotrebnih gubitaka disanjem, a ovaj dio izgubljene energije mogao se iskoristiti za žetveni dio biljke.Pri višoj temperaturi supstrata sadržaj otopljenog kisika je niži, što ima puno veći utjecaj na sadržaj kisika u korijenskoj sredini od kisika koji troše mikroorganizmi.Korijenski sustav troši puno kisika, au slučaju loše strukture supstrata ili tla dolazi čak i do hipoksije, čime se smanjuje apsorpcija vode i iona.

Održavajte razumnu sposobnost zadržavanja vode matrice.

Postoji negativna korelacija između sadržaja vode i postotnog sadržaja kisika u matrici.Povećanjem sadržaja vode smanjuje se sadržaj kisika i obrnuto.Postoji kritični raspon između sadržaja vode i kisika u matrici, to jest 80%~85% sadržaja vode (Slika 5).Dugotrajno održavanje sadržaja vode iznad 85% u supstratu utjecat će na opskrbu kisikom.Većina opskrbe kisikom (75%~90%) je kroz pore u matrici.

Dodatak navodnjavanja sadržaju kisika u supstratu

Više sunčeve svjetlosti dovest će do veće potrošnje kisika i niže koncentracije kisika u korijenju (slika 6), a više šećera povećat će potrošnju kisika noću.Transpiracija je jaka, upijanje vode veliko, au supstratu ima više zraka i više kisika.S lijeve strane slike 7 može se vidjeti da će se sadržaj kisika u supstratu lagano povećati nakon navodnjavanja pod uvjetom da je kapacitet supstrata za zadržavanje vode visok, a sadržaj zraka vrlo nizak.Kao što je prikazano na desnoj strani sl.7, pod uvjetima relativno boljeg osvjetljenja, sadržaj zraka u supstratu se povećava zbog veće apsorpcije vode (isto vrijeme navodnjavanja).Relativni utjecaj navodnjavanja na sadržaj kisika u supstratu daleko je manji od kapaciteta zadržavanja vode (sadržaj zraka) u supstratu.

Razgovarajte

U stvarnoj proizvodnji lako se zanemari sadržaj kisika (zraka) u okruženju korijena usjeva, ali je važan čimbenik za osiguravanje normalnog rasta usjeva i zdravog razvoja korijena.

Za postizanje maksimalnog prinosa tijekom biljne proizvodnje vrlo je važno zaštititi okoliš korijenskog sustava u što je moguće boljem stanju.Istraživanja su pokazala da O₂sadržaj u okruženju korijenskog sustava ispod 4 mg/L imat će negativan utjecaj na rast usjeva.O₂na sadržaj u korijenskom okruženju uglavnom utječe navodnjavanje (količina i učestalost navodnjavanja), struktura supstrata, sadržaj vode u supstratu, temperatura staklenika i supstrata, a različiti obrasci sadnje bit će različiti.Alge i mikroorganizmi također imaju određeni odnos sa sadržajem kisika u korijenskom okruženju hidroponskih usjeva.Hipoksija ne samo da uzrokuje usporeni razvoj biljaka, već i povećava pritisak korijenskih patogena (pythium, phytophthora, fusarium) na rast korijena.

Strategija navodnjavanja ima značajan utjecaj na O₂sadržaja u supstratu, a to je i način koji se lakše kontrolira u procesu sadnje.Neke studije o sadnji ruža otkrile su da se polaganim povećanjem sadržaja vode u supstratu (ujutro) može postići bolje stanje kisika.U supstratu s niskim kapacitetom zadržavanja vode, supstrat može održati visok sadržaj kisika, a istovremeno je potrebno izbjeći razliku u sadržaju vode između supstrata većom učestalošću navodnjavanja i kraćim intervalom.Što je kapacitet supstrata za zadržavanje vode manji, to je veća razlika između supstrata.Vlažan supstrat, manja učestalost navodnjavanja i dulji interval osiguravaju veću izmjenu zraka i povoljne uvjete za kisik.

Drenaža supstrata je još jedan čimbenik koji ima velik utjecaj na brzinu obnavljanja i gradijent koncentracije kisika u supstratu, ovisno o vrsti i kapacitetu zadržavanja vode supstrata.Tekućina za navodnjavanje ne smije se predugo zadržavati na dnu supstrata, već ju treba brzo ispustiti kako bi svježa voda za navodnjavanje obogaćena kisikom ponovno došla do dna supstrata.Na brzinu odvodnje može se utjecati nekim relativno jednostavnim mjerama, kao što je nagib podloge u uzdužnom i širinskom smjeru.Što je veći gradijent, to je veća brzina odvodnje.Različite podloge imaju različite otvore i broj izlaza je također različit.

KRAJ

[citat informacije]

Xie Yuanpei.Učinci sadržaja kisika u okolišu u korijenju stakleničkih usjeva na rast usjeva [J].Tehnologija poljoprivredne tehnike, 2022,42(31):21-24.