Agricultural engineering technology of greenhouse gardeningPublished in Beijing at 17:30 on January 13th, 2023.

A legtöbb tápanyag -elem felszívódása olyan folyamat, amely szorosan kapcsolódik a növényi gyökerek metabolikus aktivitásához. Ezeknek a folyamatoknak a gyökérsejtek légzése által generált energiát igényelnek, és a víz abszorpcióját a hőmérséklet és a légzés is szabályozza, és a légzéshez az oxigén részvétele szükséges, így az oxigén a gyökérkörnyezetben létfontosságú hatással van a növények normál növekedésére. A vízben az oldott oxigéntartalmat a hőmérséklet és a sótartalom befolyásolja, és a szubsztrát szerkezete meghatározza a levegőtartalmat a gyökérkörnyezetben. Az öntözés nagy különbségeket mutat az oxigéntartalom megújításában és kiegészítésében a szubsztrátokban, különböző víztartalmi állapotokkal. Számos tényező van az oxigéntartalom optimalizálására a gyökérkörnyezetben, de az egyes tényezők befolyásolása meglehetősen eltérő. Az ésszerű szubsztrát víztartási kapacitás (levegő tartalma) fenntartása a magas oxigéntartalom fenntartásának előfeltétele a gyökérkörnyezetben.

A hőmérséklet és a sótartalom hatása az oldat telített oxigéntartalmára

Oldott oxigéntartalom a vízben

Az oldott oxigén nem oldódik a vízben nem kötetlen vagy szabad oxigénben, és a vízben oldott oxigén tartalma egy bizonyos hőmérsékleten eléri a maximumot, amely a telített oxigéntartalom. A vízben a telített oxigéntartalom a hőmérsékleten megváltozik, és amikor a hőmérséklet növekszik, az oxigéntartalom csökken. A tiszta víz telített oxigéntartalma magasabb, mint a sótartalmú tengervíznél (1. ábra), tehát a különböző koncentrációjú tápanyag-oldatok telített oxigéntartalma eltérő lesz.

Oxigén szállítása mátrixban

Az oxigén, amelyet az üvegházhatású növények gyökerei a tápanyag -oldatból kaphatnak, szabad állapotban kell lenniük, és az oxigént a szubsztrátumban szállítják a levegőben, a vízen és a vízen keresztül a gyökerek körül. Ha egy adott hőmérsékleten a levegőben lévő oxigéntartalommal egyensúlyban van, akkor a vízben oldott oxigén eléri a maximumot, és a levegő oxigéntartalmának megváltozása a víz oxigéntartalmának arányos változásához vezet.

A hipoxia stressz hatása a gyökérkörnyezetben a növényekre

A gyökérhipoxia okai

Számos oka van annak, hogy a hypoxia kockázata a hidroponikában és a szubsztráttermesztési rendszerekben magasabb nyáron. Mindenekelőtt a vízben a telített oxigéntartalom csökken a hőmérséklet emelkedésével. Másodszor, a gyökérnövekedés fenntartásához szükséges oxigén növekszik a hőmérséklet növekedésével. Ezenkívül a tápanyagok abszorpciója nyáron magasabb, tehát a tápanyagok felszívódásának oxigén igénye magasabb. Ez a gyökérkörnyezetben az oxigéntartalom csökkenéséhez és a hatékony kiegészítés hiányához vezet, ami a gyökérkörnyezetben hipoxiához vezet.

Felszívódás és növekedés

A legfontosabb tápanyagok felszívódása a gyökér metabolizmusához szorosan kapcsolódó folyamatoktól függ, amelyek megkövetelik a gyökérsejtek légzését, vagyis a fotoszintézis termékek bomlását oxigén jelenlétében. A tanulmányok kimutatták, hogy a paradicsomnövények összes asszimilátusának 10% ~ 20% -át gyökerekben használják, amelyek 50% -át tápanyag -ionok abszorpciójára használják, a növekedés 40% -át és a karbantartás csak 10% -át. A gyökereknek meg kell találniuk az oxigént a közvetlen környezetben, ahol felszabadítják a CO -t₂- A szubsztrátokban és a hidroponikában a rossz szellőztetés által okozott anaerob körülmények között a hipoxia befolyásolja a víz és a tápanyagok felszívódását. A hypoxia gyorsan reagál a tápanyagok aktív felszívódására, nevezetesen a nitrátra (nem₃^-), kálium (K) és foszfát (PO₄^3-), amely zavarja a kalcium (CA) és a magnézium (Mg) passzív abszorpcióját.

A növénygyökér növekedésének energiát igényel, a normál gyökér aktivitáshoz a legalacsonyabb az oxigénkoncentráció, és a COP érték alatti oxigénkoncentráció a gyökérsejtek metabolizmusának (hypoxia) korlátozó tényezővé válik. Ha az oxigéntartalom szintje alacsony, a növekedés lelassul, vagy akár leáll. Ha a részleges gyökérhipoxia csak az ágakat és a leveleket érinti, akkor a gyökérrendszer kompenzálhatja a gyökérrendszer azon részét, amely valamilyen okból már nem aktív a helyi abszorpció növelésével.

A növényi metabolikus mechanizmus az oxigéntől, mint az elektron -akceptortól függ. Oxigén nélkül az ATP -termelés leáll. ATP nélkül a protonok kiáramlása a gyökerekből leáll, a gyökérsejtek sejt -szapora savassá válik, és ezek a sejtek néhány órán belül elpusztulnak. Az ideiglenes és rövid távú hipoxia nem okoz visszafordíthatatlan táplálkozási stresszt a növényekben. A „nitrát légzés” mechanizmus miatt ez rövid távú alkalmazkodás lehet a hipoxiával, mint alternatív módszerrel való megbirkózáshoz a gyökérhipoxia során. A hosszú távú hipoxia azonban lassú növekedést, csökkentett a levélterületet és a friss és száraz súlycsökkentést eredményez, ami a terméshozam jelentős csökkenéséhez vezet.

Etilén

A növények sok stressz alatt in situ képződnek. Általában az etilént eltávolítják a gyökerekből a talaj levegőjébe történő diffundálásával. Amikor a vízfelvétel bekövetkezik, az etilén képződése nemcsak növekszik, hanem a diffúzió is jelentősen csökken, mivel a gyökereket víz veszi körül. Az etilénkoncentráció növekedése a szellőztető szövetek kialakulásához vezet a gyökerekben (2. ábra). Az etilén a levél öregedését is okozhatja, és az etilén és az auxin közötti kölcsönhatás növeli a véletlen gyökerek kialakulását.

Az oxigén stressz csökkenti a levélnövekedést

Az ABA gyökerekben és levelekben készül, hogy megbirkózzon a különféle környezeti stresszekkel. A gyökérkörnyezetben a stresszre adott tipikus válasz a sztómás bezárás, amely magában foglalja az ABA kialakulását. Mielőtt a sztómát bezárnák, a növény teteje elveszíti a duzzadási nyomást, a felső levelek kiszáradnak, és a fotoszintetikus hatékonyság is csökkenhet. Számos tanulmány kimutatta, hogy a sztómák reagálnak az ABA koncentrációjának növekedésére az Apoplasztban bezárással, azaz a nem levelek teljes ABA-tartalma az intracelluláris ABA felszabadításával, a növények nagyon gyorsan növelhetik az apoplast ABA koncentrációját. Amikor a növények környezeti stressz alatt vannak, elkezdenek felszabadítani az ABA -t a sejtekben, és a gyökérkibocsátási jel percek alatt átadható órák helyett. Az ABA növekedése a levélszövetben csökkentheti a sejtfal meghosszabbítását, és a levél meghosszabbításának csökkenéséhez vezethet. A hipoxia másik hatása az, hogy a levelek élettartama lerövidül, ami minden levelet befolyásol. A hipoxia általában a citokinin és a nitrát transzport csökkenéséhez vezet. A nitrogén vagy a citokinin hiánya lerövidíti a levélterület karbantartási idejét, és néhány napon belül megállítja az ágak és a levelek növekedését.

A növényi gyökérrendszer oxigén környezetének optimalizálása

A szubsztrát jellemzői meghatározóak a víz és az oxigén eloszlására. Az üvegházhatású zöldségek gyökérkörnyezetének oxigénkoncentrációja elsősorban a szubsztrát víztartási képességéhez, az öntözéshez (méret és a frekvencia), a szubsztrát szerkezetéhez és a szubsztrátcsík hőmérsékletéhez kapcsolódik. Csak akkor, ha a gyökérkörnyezetben az oxigéntartalom legalább 10% -nál nagyobb (4 ~ 5 mg/l) maradhat a gyökér aktivitásának a legjobb állapotban.

A növények gyökérrendszere nagyon fontos a növényi növekedés és a növényi betegség -ellenállás szempontjából. A víz és a tápanyagok a növények igényei szerint felszívódnak. A gyökérkörnyezetben az oxigénszint azonban nagymértékben meghatározza a tápanyagok és a víz abszorpciós hatékonyságát, valamint a gyökérrendszer minőségét. A gyökérrendszer környezetében elegendő oxigénszint biztosíthatja a gyökérrendszer egészségét, hogy a növények jobban ellenálljanak a kórokozó mikroorganizmusoknak (3. ábra). A szubsztrátum megfelelő oxigénszintje szintén minimalizálja az anaerob állapotok kockázatát, ezáltal minimalizálva a patogén mikroorganizmusok kockázatát.

Oxigénfogyasztás gyökérkörnyezetben

A növények maximális oxigénfogyasztása akár 40 mg/m2/h is lehet (a fogyasztás a növényektől függ). A hőmérséklettől függően az öntözővíz akár 7 ~ 8 mg/l oxigént tartalmazhat (4. ábra). A 40 mg elérése érdekében az oxigénigény kielégítése érdekében 5 liter vizet kell adni, de valójában az öntözési összeget egy nap alatt nem lehet elérni. Ez azt jelenti, hogy az öntözés által biztosított oxigén csak kis szerepet játszik. Az oxigénellátás nagy része a gyökérzónát a mátrix pórusain keresztül éri el, és az oxigénellátás hozzájárulása a pórusokon keresztül akár 90%-on is, a napszaktól függően. Amikor a növények párolgása eléri a maximumot, az öntözési mennyiség eléri a maximumot is, amely egyenértékű 1 ~ 1,5L/m2/h -nek. Ha az öntözővíz 7 mg/l oxigént tartalmaz, akkor 7 ~ 11 mg/m2/h oxigént biztosít a gyökérzóna számára. Ez a kereslet 17% ~ 25% -ának felel meg. Természetesen ez csak arra a helyzetre vonatkozik, hogy a szubsztrátban az oxigénszegény öntözővizet friss öntözővíz váltja fel.

A gyökerek fogyasztása mellett a gyökérkörnyezetben a mikroorganizmusok is oxigént fogyasztanak. Nehéz ezt számszerűsíteni, mert ebben a tekintetben nem végeztek mérést. Mivel az új szubsztrátokat minden évben cserélik, feltételezhető, hogy a mikroorganizmusok viszonylag csekély szerepet játszanak az oxigénfogyasztásban.

Optimalizálja a gyökerek környezeti hőmérsékletét

A gyökérrendszer környezeti hőmérséklete nagyon fontos a gyökérrendszer normál növekedése és működése szempontjából, és fontos tényező is, amely befolyásolja a víz és a tápanyagok gyökérrendszer általi felszívódását.

A túl alacsony szubsztrát hőmérséklete (gyökérhőmérséklet) nehézségeket okozhat a víz abszorpciójában. 5 ℃ -nél az abszorpció 70% ~ 80% -kal alacsonyabb, mint 20 ℃. Ha az alacsony szubsztrát hőmérsékletet magas hőmérséklet kíséri, akkor a növényi hervadáshoz vezet. Az ion abszorpciója nyilvánvalóan a hőmérséklettől függ, amely alacsony hőmérsékleten gátolja az ion abszorpciót, és a különböző tápanyag -elemek hőmérsékletre való érzékenysége eltérő.

A túl magas szubsztrát hőmérséklete szintén haszontalan, és túl nagy gyökérrendszerhez vezethet. Más szavakkal, a növényekben a száraz anyag kiegyensúlyozatlan eloszlása ​​van. Mivel a gyökérrendszer túl nagy, a felesleges veszteségek a légzés révén fordulnak elő, és az elveszett energia ezen részét felhasználhatták a növény betakarítási részére. Nagyobb szubsztrát hőmérsékleten az oldott oxigéntartalom alacsonyabb, ami sokkal nagyobb hatással van a gyökérkörnyezet oxigéntartalmára, mint a mikroorganizmusok által fogyasztott oxigén. A gyökérrendszer sok oxigént fogyaszt, sőt hipoxiához is vezet rossz szubsztrát vagy talajszerkezet esetén, ezáltal csökkentve ezzel a víz és az ionok felszívódását.

Fenntartja a mátrix ésszerű víztartási képességét.

Negatív korreláció van a víztartalom és az oxigén százalékos tartalma között a mátrixban. Amikor a víztartalom növekszik, az oxigéntartalom csökken, és fordítva. A mátrixban a víztartalom és az oxigén között kritikus tartomány van, azaz 80% ~ 85% víztartalom (5. ábra). A szubsztrátban a 85% feletti víztartalom hosszú távú fenntartása befolyásolja az oxigénellátást. Az oxigénellátás nagy része (75%~ 90%) a mátrix pórusain keresztül található.

Az öntözés kiegészítése az oxigéntartalomhoz a szubsztrátban

A több napfény magasabb oxigénfogyasztáshoz és alacsonyabb oxigénkoncentrációhoz vezet a gyökerekben (6. ábra), és több cukor teszi az oxigénfogyasztást éjjel magasabbá. A transzpiráció erős, a víz abszorpciója nagy, és több levegő és több oxigén van a szubsztrátban. A 7. ábra bal oldalán látható, hogy a szubsztrátban az oxigéntartalom kissé növekszik az öntözés után, azzal a feltétellel, hogy a szubsztrát víztartási kapacitása magas, és a levegőtartalom nagyon alacsony. Amint az ábra jobb oldalán látható. A 7. ábrán viszonylag jobb megvilágítás esetén a szubsztrát levegőtartalma növekszik a víz abszorpciója miatt (ugyanaz az öntözési idő). Az öntözés relatív hatása az oxigéntartalomra a szubsztrátban jóval kevesebb, mint a szubsztrát víztartási kapacitása (levegőtartalom).

Megvitat

A tényleges termelésben az oxigén (levegő) tartalmát a növényi gyökér környezetében könnyen figyelmen kívül hagyhatjuk, de fontos tényező a növények normál növekedésének és a gyökerek egészséges fejlődésének biztosítása érdekében.

Annak érdekében, hogy a növénytermesztés során a maximális hozamot elérjék, nagyon fontos, hogy a lehető legjobban megvédjük a gyökérrendszer környezetét. A tanulmányok kimutatták, hogy az O₂A 4 mg/L alatti gyökérrendszer környezetében a tartalom negatív hatással lesz a növények növekedésére. Az O₂A gyökérkörnyezet tartalmát elsősorban az öntözés (öntözési mennyiség és frekvencia), a szubsztrátszerkezet, a szubsztrát víztartalma, az üvegház és a szubsztrát hőmérséklete befolyásolja, és a különböző ültetési minták eltérőek lesznek. Az algák és a mikroorganizmusok bizonyos kapcsolatban vannak a hidroponikus növények gyökérkörnyezetében az oxigéntartalommal. A hypoxia nemcsak a növények lassú fejlődését okozza, hanem növeli a gyökérkórokozók (Pythium, Phytophthora, Fusarium) nyomását is a gyökér növekedésére.

Az öntözési stratégia jelentős hatással van az O -ra₂Tartalom a szubsztrátban, és ez egyben ellenőrizhetőbb módszer az ültetési folyamatban. Néhány rózsa ültetési tanulmány azt találta, hogy a szubsztrát víztartalmának lassan történő növelése (reggel) jobb oxigénállapotot kaphat. Az alacsony víztartási kapacitású szubsztrátban a szubsztrát képes fenntartani a magas oxigéntartalmat, és ugyanakkor el kell kerülni a szubsztrátok közötti víztartalom különbségét a magasabb öntözési gyakoriságon és a rövidebb intervallumon keresztül. Minél alacsonyabb a szubsztrátok víztartási képessége, annál nagyobb a különbség a szubsztrátok között. A nedves szubsztrát, az alacsonyabb öntözési gyakoriság és a hosszabb intervallum biztosítja a levegő helyettesítését és a kedvező oxigénviszonyokat.

A szubsztrátum leeresztése egy másik tényező, amely nagy hatással van a szubsztrátum megújulási sebességére és az oxigénkoncentráció -gradiensre, a szubsztrát típus- és víztartási kapacitásától függően. Az öntöző folyadéknak nem szabad túl sokáig maradnia a szubsztrát alján, hanem gyorsan kiüríteni, hogy a friss oxigénnel dúsított öntözővíz ismét elérje a szubsztrát alját. A vízelvezetési sebességet néhány viszonylag egyszerű intézkedés befolyásolhatja, például a szubsztrát gradiensét a hosszirányú és szélességi irányban. Minél nagyobb a gradiens, annál gyorsabb a vízelvezetési sebesség. A különböző szubsztrátok különböző nyílásokkal rendelkeznek, és a kimenetelek száma szintén eltérő.

Vége

[Idézeti információk]

Xie Yuanpei. A környezeti oxigéntartalom hatása az üvegházhatású növények gyökereiben a növények növekedésére [J]. Mezőgazdasági mérnöki technológia, 2022,42 (31): 21-24.