Agrotehnička tehnologija stakleničkog vrtlarstva 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 korijenskih stanica, a apsorpcija vode također je regulirana temperaturom i disanjem, a disanje zahtijeva sudjelovanje kisika, tako da kisik u korijenovom okruženju ima vitalni utjecaj na normalan rast usjeva. Na sadržaj otopljenog kisika u vodi utječu temperatura i slanost, a struktura supstrata određuje sadržaj zraka u korijenovom okruženju. Navodnjavanje ima velike razlike u obnavljanju i nadopunjavanju sadržaja kisika u supstratima s različitim stanjima sadržaja vode. Postoji mnogo čimbenika za optimizaciju sadržaja kisika u korijenovom okruženju, ali stupanj utjecaja svakog čimbenika je prilično različit. Održavanje razumnog kapaciteta zadržavanja vode u supstratu (sadržaj zraka) preduvjet je održavanja visokog sadržaja kisika u korijenovom okruženju.

Utjecaji temperature i slanosti na zasićeni sadržaj kisika u otopini

Sadržaj otopljenog kisika u vodi

Otopljeni kisik se u vodi otopi u nevezanom ili slobodnom kisiku, a sadržaj otopljenog kisika u vodi dosegnut će maksimum na određenoj temperaturi, što je zasićeni sadržaj kisika. Sadržaj zasićenog kisika u vodi mijenja se s temperaturom, a kada temperatura poraste, sadržaj kisika se smanjuje. Sadržaj zasićenog kisika u čistoj vodi veći je od sadržaja u morskoj vodi koja sadrži sol (Slika 1), pa će sadržaj zasićenog kisika u otopinama hranjivih tvari s različitim koncentracijama biti različit.

Transport kisika u matriksu

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

Utjecaji hipoksije u korijenovom okruženju na usjeve

Uzroci hipoksije korijena

Postoji nekoliko razloga zašto je rizik od hipoksije u hidroponskim i supstratnim sustavima uzgoja veći ljeti. Prvo, zasićeni sadržaj kisika u vodi smanjivat će se s porastom temperature. Drugo, kisik potreban za održavanje rasta korijena povećava se s porastom temperature. Nadalje, količina apsorpcije hranjivih tvari veća je ljeti, pa je potreba za kisikom za apsorpciju hranjivih tvari veća. To dovodi do smanjenja sadržaja kisika u korijenovom okruženju i nedostatka učinkovite nadopune, što dovodi do hipoksije u korijenovom okruženju.

Apsorpcija i rast

Apsorpcija većine esencijalnih hranjivih tvari ovisi o procesima usko povezanim s metabolizmom korijena, koji zahtijevaju energiju generiranu disanjem stanica korijena, odnosno razgradnjom fotosintetskih produkata u prisutnosti kisika. Studije su pokazale da se 10%~20% ukupnih asimilata biljaka rajčice koristi u korijenu, od čega se 50% koristi za apsorpciju hranjivih iona, 40% za rast, a samo 10% za održavanje. Korijenje mora pronaći kisik u izravnom okruženju gdje oslobađa CO2.₂U anaerobnim uvjetima uzrokovanim lošom ventilacijom u supstratima i hidroponici, hipoksija će utjecati na apsorpciju vode i hranjivih tvari. Hipoksija ima brz 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 treba energiju, normalna aktivnost korijena zahtijeva najnižu koncentraciju kisika, a koncentracija kisika ispod COP vrijednosti postaje faktor koji ograničava metabolizam stanica korijena (hipoksija). Kada je razina sadržaja kisika niska, rast se usporava ili čak zaustavlja. Ako djelomična hipoksija korijena utječe samo na grane i lišće, korijenov sustav može kompenzirati dio korijenovog 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, odljev protona iz korijena će prestati, stanični sok korijenskih stanica će postati kiseo, a te će stanice umrijeti unutar nekoliko sati. Privremena i kratkotrajna hipoksija neće uzrokovati nepovratan nutritivni stres kod biljaka. Zbog mehanizma "disanja nitrata", može se raditi o kratkotrajnoj prilagodbi za suočavanje s hipoksijom kao alternativnom načinu suočavanja tijekom hipoksije korijena. Međutim, dugotrajna hipoksija dovest će do usporenog rasta, smanjenja površine lista i smanjenja svježe i suhe težine, što će dovesti do značajnog pada prinosa.

Etilen

Biljke će stvarati etilen in situ pod velikim stresom. Obično se etilen uklanja iz korijena difuzijom u tlo. Kada dođe do preplavljivanja, stvaranje etilena ne samo da će se povećati, 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 povećat će stvaranje adventivnog korijenja.

Stres kisika dovodi do smanjenog rasta lišća

ABA se proizvodi u korijenju i lišću kako bi se nosila s raznim okolišnim stresovima. U korijenovom okruženju, tipičan odgovor na stres je zatvaranje puči, što uključuje stvaranje ABA. Prije nego što se puči zatvore, vrh biljke gubi tlak bubrenja, gornji listovi venu, a fotosintetska učinkovitost također se može smanjiti. Mnoge studije su pokazale da puči reagiraju na povećanje koncentracije ABA u apoplastu zatvaranjem, odnosno ukupni sadržaj ABA u nelišću oslobađanjem unutarstanične ABA, biljke mogu vrlo brzo povećati koncentraciju ABA u apoplastu. Kada su biljke pod okolišnim stresom, počinju oslobađati ABA u stanicama, a signal oslobađanja korijena može se prenijeti za nekoliko minuta umjesto sati. Povećanje ABA u tkivu lista može smanjiti izduživanje stanične stijenke i dovesti do smanjenja izduživanja lista. Drugi učinak hipoksije je skraćivanje životnog vijeka lišća, što će utjecati na sve listove. 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.

Optimizacija kisikovog okruženja korijenskog sustava usjeva

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

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

Potrošnja kisika u korijenovom okruženju

Maksimalna potrošnja kisika usjeva može doseći i 40 mg/m2/h (potrošnja ovisi o usjevima). Ovisno o temperaturi, voda za navodnjavanje može sadržavati i do 7~8 mg/L kisika (Slika 4). Da bi se postiglo 40 mg, potrebno je dodati 5 L vode svaki sat kako bi se zadovoljila potreba za kisikom, ali zapravo se količina navodnjavanja u jednom danu možda neće dosegnuti. To znači da kisik koji se osigurava navodnjavanjem igra samo malu ulogu. Većina kisika dospijeva do korijenske zone kroz pore u matrici, a doprinos kisika kroz pore iznosi i do 90%, ovisno o dobu dana. Kada isparavanje biljaka dosegne maksimum, količina navodnjavanja također doseže maksimum, što je ekvivalentno 1~1,5 L/m2/h. Ako voda za navodnjavanje sadrži 7 mg/L kisika, ona će osigurati 7~11 mg/m2/h kisika za korijensku zonu. To je ekvivalentno 17%~25% potreba. Naravno, ovo se odnosi samo na situaciju kada se voda za navodnjavanje siromašna kisikom u supstratu zamijeni svježom vodom za navodnjavanje.

Osim potrošnje korijenja, mikroorganizmi u korijenovom okruženju također troše kisik. Teško je to kvantificirati jer u tom pogledu nisu provedena mjerenja. Budući da se svake godine zamjenjuju novi supstrati, može se pretpostaviti da mikroorganizmi igraju relativno malu ulogu u potrošnji kisika.

Optimizirajte temperaturu okoline korijena

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

Preniska temperatura supstrata (temperatura korijena) može dovesti do poteškoća u apsorpciji vode. Na 5 ℃, apsorpcija je 70%~80% niža nego na 20 ℃. Ako je niska temperatura supstrata popraćena visokom temperaturom, to će dovesti do venuća biljke. Apsorpcija iona očito ovisi o temperaturi, što 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 korijenovog sustava. Drugim riječima, postoji neuravnotežena raspodjela suhe tvari u biljkama. Budući da je korijenov sustav prevelik, doći će do nepotrebnih gubitaka disanjem, a taj dio izgubljene energije mogao bi se iskoristiti za berbu biljke. Na višoj temperaturi supstrata, sadržaj otopljenog kisika je niži, što ima puno veći utjecaj na sadržaj kisika u korijenovom okruženju nego kisik koji troše mikroorganizmi. Korijenov sustav troši puno kisika, pa čak dovodi do hipoksije u slučaju loše strukture supstrata ili tla, čime se smanjuje apsorpcija vode i iona.

Održavati razuman kapacitet matrice zadržavanja vode.

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

Dodatak navodnjavanja za povećanje sadržaja 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, apsorpcija vode je velika, a u supstratu ima više zraka i kisika. S lijeve strane Slike 7 može se vidjeti da će se sadržaj kisika u supstratu neznatno povećati nakon navodnjavanja pod uvjetom da je kapacitet zadržavanja vode u supstratu visok, a sadržaj zraka vrlo nizak. Kao što je prikazano s desne strane Slike 7, pod uvjetom relativno boljeg osvjetljenja, sadržaj zraka u supstratu se povećava zbog veće apsorpcije vode (ista vremena navodnjavanja). Relativni utjecaj navodnjavanja na sadržaj kisika u supstratu daleko je manji od kapaciteta zadržavanja vode (sadržaja zraka) u supstratu.

Raspravite

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

Kako bi se postigao maksimalan prinos tijekom proizvodnje usjeva, vrlo je važno zaštititi korijenov sustav u najboljem mogućem stanju. Studije su pokazale da O₂Sadržaj u korijenovom sustavu ispod 4 mg/L imat će negativan utjecaj na rast usjeva. O₂Sadržaj kisika u korijenskom okruženju uglavnom je pod utjecajem navodnjavanja (količina i učestalost navodnjavanja), strukture supstrata, sadržaja vode u supstratu, temperature 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 spor razvoj biljaka, već i povećava pritisak korijenskih patogena (pitij, fitophtora, fuzarij) na rast korijena.

Strategija navodnjavanja ima značajan utjecaj na O₂sadržaj u supstratu, a to je ujedno i kontroliraniji način u procesu sadnje. Neke studije sadnje 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 održavati visok sadržaj kisika, a istovremeno je potrebno izbjegavati razliku u sadržaju vode između supstrata većom učestalošću navodnjavanja i kraćim intervalima. Što je niži kapacitet zadržavanja vode supstrata, to je veća razlika između supstrata. Vlažna supstrat, niža učestalost navodnjavanja i dulji intervali osiguravaju veću izmjenu zraka i povoljne uvjete kisika.

Drenaža supstrata je još jedan faktor koji ima veliki utjecaj na brzinu obnavljanja i gradijent koncentracije kisika u supstratu, ovisno o vrsti i kapacitetu zadržavanja vode u supstratu. Tekućina za navodnjavanje ne smije predugo ostati na dnu supstrata, već je treba brzo ispustiti kako bi svježa voda za navodnjavanje obogaćena kisikom mogla ponovno dosegnuti dno supstrata. Na brzinu drenaže može se utjecati nekim relativno jednostavnim mjerama, kao što je nagib supstrata u uzdužnom i širinskom smjeru. Što je veći nagib, to je veća brzina drenaže. Različite supstrate imaju različite otvore, a broj izlaznih otvora također je različit.

KRAJ

[informacije o citatu]

Xie Yuanpei. Utjecaj sadržaja kisika u korijenju usjeva iz staklenika na rast usjeva [J]. Poljoprivredna inženjerska tehnologija, 2022,42(31):21-24.