Üvegházi kertészet mezőgazdasági mérnöki technológiájaMegjelent Pekingben, 2023. január 13-án, 17:30-kor.

A legtöbb tápanyag felszívódása szorosan összefügg a növények gyökereinek anyagcsere-aktivitásával. Ezek a folyamatok a gyökérsejtek légzése által termelt energiát igénylik, a vízfelvételt pedig szintén a hőmérséklet és a légzés szabályozza, a légzéshez pedig oxigén részvétele szükséges, így a gyökérkörnyezetben lévő oxigén létfontosságú hatással van a növények normális növekedésére. A vízben oldott oxigéntartalmat a hőmérséklet és a sótartalom befolyásolja, a szubsztrát szerkezete pedig meghatározza a gyökérkörnyezet levegőtartalmát. Az öntözés nagyban befolyásolja az oxigéntartalom megújulását és pótlását a különböző víztartalmú szubsztrátumokban. Számos tényező van a gyökérkörnyezet oxigéntartalmának optimalizálására, de az egyes tényezők befolyási mértéke meglehetősen eltérő. A szubsztrát megfelelő vízmegtartó képességének (levegőtartalmának) fenntartása az előfeltétele a gyökérkörnyezet magas oxigéntartalmának fenntartásának.

A hőmérséklet és a sótartalom hatása az oldat telített oxigéntartalmára

Oldott oxigéntartalom vízben

Az oldott oxigén a vízben szabad vagy nem kötött oxigénben oldódik, és a vízben oldott oxigén tartalma egy bizonyos hőmérsékleten éri el a maximumát, ezt telített oxigéntartalomnak nevezzük. A víz telített oxigéntartalma a hőmérséklettel változik, és a hőmérséklet emelkedésével az oxigéntartalom csökken. A tiszta víz telített oxigéntartalma magasabb, mint a sótartalmú tengervízé (1. ábra), így a különböző koncentrációjú tápoldatok telített oxigéntartalma eltérő lesz.

Oxigén szállítása a mátrixban

Az üvegházi növények gyökerei által a tápoldatból felvett oxigénnek szabad állapotban kell lennie, és az oxigén a táptalajban levegőn, vízen és a gyökerek körüli vízen keresztül szállítódik. Amikor egyensúlyban van a levegő oxigéntartalmával egy adott hőmérsékleten, a vízben oldott oxigén eléri a maximumot, és a levegő oxigéntartalmának változása a víz oxigéntartalmának arányos változását eredményezi.

A gyökérkörnyezetben a hipoxia stressz hatása a növényekre

A gyökér hipoxiájának okai

Több oka is van annak, hogy a hidroponikus és szubsztrát termesztőrendszerekben a hipoxia kockázata nyáron nagyobb. Először is, a víz telített oxigéntartalma csökken a hőmérséklet emelkedésével. Másodszor, a gyökérnövekedés fenntartásához szükséges oxigén mennyisége a hőmérséklet emelkedésével nő. Továbbá, nyáron nagyobb a tápanyagfelszívódás mennyisége, így a tápanyagok felszívódásához nagyobb az oxigénigény. Ez a gyökérkörnyezet oxigéntartalmának csökkenéséhez és a hatékony utánpótlás hiányához vezet, ami hipoxiához vezet a gyökérkörnyezetben.

Felszívódás és növekedés

A legtöbb esszenciális tápanyag felszívódása a gyökéranyagcseréhez szorosan kapcsolódó folyamatoktól függ, amelyekhez a gyökérsejtek légzése által termelt energia, azaz a fotoszintetikus termékek oxigén jelenlétében történő lebomlása szükséges. Tanulmányok kimutatták, hogy a paradicsomnövények teljes asszimilátumának 10–20%-át a gyökerek hasznosítják, amelynek 50%-át a tápanyagionok felszívására, 40%-át a növekedésre és csak 10%-át a fenntartásra fordítják. A gyökereknek a közvetlen környezetben kell oxigént találniuk, ahol CO2-t bocsátanak ki.₂Anaerob körülmények között, melyeket a táptalajok és a hidroponikus növények rossz szellőzése okoz, a hipoxia befolyásolja a víz és a tápanyagok felszívódását. A hipoxia gyorsan reagál a tápanyagok, nevezetesen a nitrát (NO₃^-), kálium (K) és foszfát (PO₄^3-), ami zavarja a kalcium (Ca) és a magnézium (Mg) passzív felszívódását.

A növények gyökérnövekedéséhez energiára van szükség, a normális gyökértevékenységhez a legalacsonyabb oxigénkoncentráció szükséges, és a COP-érték alatti oxigénkoncentráció a gyökérsejtek anyagcseréjét korlátozó tényezővé (hipoxia) válik. Alacsony oxigéntartalom esetén a növekedés lelassul, vagy akár le is áll. Ha a részleges gyökérhipoxia csak az ágakat és a leveleket érinti, a gyökérzet a lokális abszorpció növelésével kompenzálhatja a gyökérzet valamilyen okból már nem aktív részét.

A növények anyagcsere-mechanizmusa az oxigéntől, mint elektron-akceptortól függ. Oxigén nélkül az ATP-termelés leáll. ATP nélkül a protonok kiáramlása a gyökerekből leáll, a gyökérsejtek nedve savassá válik, és ezek a sejtek néhány órán belül elpusztulnak. Az átmeneti és rövid távú hipoxia nem okoz visszafordíthatatlan táplálkozási stresszt a növényekben. A „nitrátlégzés” mechanizmusa miatt a gyökér hipoxia során a hipoxiával való megbirkózás rövid távú alkalmazkodása alternatív megoldás lehet. A hosszú távú hipoxia azonban lassú növekedéshez, a levélfelület csökkenéséhez, valamint a friss és száraz tömeg csökkenéséhez vezet, ami a terméshozam jelentős csökkenéséhez vezet.

Etilén

A növények nagy stressz hatására helyben etilént termelnek. Az etilén általában a gyökerekből a talaj levegőjébe diffundálva távozik. Amikor pangás következik be, az etilén képződése nemcsak fokozódik, hanem a diffúzió is jelentősen csökken, mivel a gyökereket víz veszi körül. Az etilénkoncentráció növekedése levegőztető szövet kialakulásához vezet a gyökerekben (2. ábra). Az etilén a levelek öregedését is okozhatja, az etilén és az auxin közötti kölcsönhatás pedig fokozza a járulékos gyökerek kialakulását.

Az oxigénstressz a levélnövekedés csökkenéséhez vezet

Az ABA-t a gyökerekben és a levelekben termelik, hogy megbirkózzanak a különféle környezeti stresszel. A gyökérkörnyezetben a stresszre adott tipikus válasz a sztómák záródása, ami az ABA képződésével jár. Mielőtt a sztómák bezáródnának, a növény teteje elveszíti a duzzadási nyomást, a felső levelek elhervadnak, és a fotoszintézis hatékonysága is csökkenhet. Számos tanulmány kimutatta, hogy a sztómák az apoplasztban az ABA-koncentráció növekedésére záródással reagálnak, azaz a nem levelekben lévő teljes ABA-tartalom intracelluláris ABA felszabadításával csökken, a növények nagyon gyorsan növelhetik az apoplaszt ABA koncentrációját. Amikor a növények környezeti stressznek vannak kitéve, elkezdik az ABA-t felszabadítani a sejtekben, és a gyökérfelszabadulási jel percek alatt, nem pedig órák alatt továbbítódhat. Az ABA növekedése a levélszövetben csökkentheti a sejtfal megnyúlását, és a levélnyúlás csökkenéséhez vezethet. A hipoxia egy másik hatása, hogy a levelek élettartama lerövidül, ami az összes levelet érinti. A hipoxia általában a citokinin és a nitráttranszport csökkenéséhez vezet. A nitrogén vagy a citokinin hiánya lerövidíti a levélfelület fenntartási idejét, és néhány napon belül leállítja az ágak és levelek növekedését.

A növényi gyökérzet oxigénkörnyezetének optimalizálása

A táptalaj tulajdonságai meghatározóak a víz és az oxigén eloszlása ​​szempontjából. Az üvegházi zöldségek gyökérkörnyezetében az oxigénkoncentráció főként a táptalaj vízmegtartó képességétől, az öntözéstől (méret és gyakoriság), a táptalaj szerkezetétől és a táptalajsáv hőmérsékletétől függ. A gyökérműködés csak akkor tartható fenn a legjobb állapotban, ha a gyökérkörnyezet oxigéntartalma legalább 10% felett van (4~5 mg/l).

A növények gyökérrendszere nagyon fontos a növények növekedése és a növényi betegségekkel szembeni ellenálló képesség szempontjából. A növények a vizet és a tápanyagokat az igényeiknek megfelelően veszik fel. A gyökérkörnyezet oxigénszintje azonban nagymértékben meghatározza a tápanyagok és a víz felszívódásának hatékonyságát, valamint a gyökérrendszer minőségét. A gyökérrendszer megfelelő oxigénszintje biztosíthatja a gyökérrendszer egészségét, így a növények jobban ellenállnak a kórokozó mikroorganizmusoknak (3. ábra). A szubsztrát megfelelő oxigénszintje minimalizálja az anaerob körülmények kockázatát, ezáltal minimalizálja a kórokozó mikroorganizmusok kockázatát.

Oxigénfogyasztás a gyökérkörnyezetben

A növények maximális oxigénfogyasztása elérheti a 40 mg/m2/h értéket (a fogyasztás a növényektől függ). A hőmérséklettől függően az öntözővíz akár 7-8 mg/l oxigént is tartalmazhat (4. ábra). A 40 mg eléréséhez óránként 5 liter vizet kell adni az oxigénigény kielégítésére, de valójában az egy nap alatti öntözési mennyiség nem feltétlenül érhető el. Ez azt jelenti, hogy az öntözés által biztosított oxigén csak kis szerepet játszik. Az oxigénellátás nagy része a mátrix pórusain keresztül éri el a gyökérzónát, és a pórusokon keresztüli oxigénellátás hozzájárulása akár 90% is lehet, a napszaktól függően. Amikor a növények párolgása eléri a maximumot, az öntözési mennyiség is eléri a maximumot, ami 1-1,5 l/m2/h-nak felel meg. Ha az öntözővíz 7 mg/l oxigént tartalmaz, akkor 7-11 mg/m2/h oxigént biztosít a gyökérzóna számára. Ez a szükséglet 17%~25%-ának felel meg. Természetesen ez csak arra a helyzetre vonatkozik, amikor az aljzatban lévő oxigénszegény öntözővizet friss öntözővízzel pótoljuk.

A gyökerek fogyasztása mellett a gyökérkörnyezetben lévő mikroorganizmusok is oxigént fogyasztanak. Ezt nehéz számszerűsíteni, mivel e tekintetben még nem végeztek mérést. Mivel minden évben új szubsztrátumok cserélődnek, feltételezhető, hogy a mikroorganizmusok viszonylag kis szerepet játszanak az oxigénfogyasztásban.

Optimalizálja a gyökerek környezeti hőmérsékletét

A gyökérzet környezeti hőmérséklete nagyon fontos a gyökérzet normális növekedése és működése szempontjából, valamint fontos tényező, amely befolyásolja a víz és a tápanyagok gyökérzet általi felszívódását.

A túl alacsony táptalajhőmérséklet (gyökérhőmérséklet) megnehezítheti a vízfelvételt. 5 ℃-on az abszorpció 70–80%-kal alacsonyabb, mint 20 ℃-on. Ha az alacsony táptalajhőmérsékletet magas hőmérséklet kíséri, az a növények hervadásához vezet. Az ionfelvétel nyilvánvalóan függ a hőmérséklettől, ami alacsony hőmérsékleten gátolja az ionfelvételt, és a különböző tápanyagok hőmérséklet-érzékenysége is eltérő.

A túl magas szubsztráthőmérséklet szintén haszontalan, és túl nagy gyökérzethez vezethet. Más szóval, a növényekben a szárazanyag eloszlása ​​kiegyensúlyozatlan. Mivel a gyökérzet túl nagy, szükségtelen veszteségek keletkeznek a légzés révén, és az elveszett energia ezen részét a növény a betakarításra fordíthatta. Magasabb szubsztráthőmérsékleten az oldott oxigéntartalom alacsonyabb, ami sokkal nagyobb hatással van a gyökérkörnyezet oxigéntartalmára, mint a mikroorganizmusok által fogyasztott oxigén. A gyökérzet sok oxigént fogyaszt, és rossz szubsztrát- vagy talajszerkezet esetén akár hipoxiához is vezethet, ezáltal csökkentve a víz és az ionok felszívódását.

Fenntartani a mátrix ésszerű vízmegtartó képességét.

Negatív korreláció van a víztartalom és a mátrix oxigéntartalmának százalékos aránya között. 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 szubsztrátum víztartalmának 85% feletti hosszú távú fenntartása befolyásolja az oxigénellátást. Az oxigénellátás nagy része (75%~90%) a mátrix pórusain keresztül történik.

Az öntözés kiegészítése a szubsztrátum oxigéntartalmához igazítva

Több napfény magasabb oxigénfogyasztást és alacsonyabb oxigénkoncentrációt eredményez a gyökerekben (6. ábra), több cukor pedig magasabb éjszakai oxigénfogyasztást eredményez. A párologtatás erős, a vízfelvétel nagy, és több levegő és több oxigén van a táptalajban. A 7. ábra bal oldalán látható, hogy a táptalaj oxigéntartalma öntözés után kissé megnő, amennyiben a táptalaj vízmegtartó képessége magas, a levegőtartalma pedig nagyon alacsony. Amint a 7. ábra jobb oldalán látható, viszonylag jobb megvilágítás mellett a táptalaj levegőtartalma megnő a nagyobb vízfelvétel miatt (azonos öntözési idők mellett). Az öntözés relatív hatása a táptalaj oxigéntartalmára jóval kisebb, mint a táptalaj vízmegtartó képessége (levegőtartalma).

Beszéljétek meg

A tényleges termelés során a növények gyökérkörnyezetének oxigéntartalma (levegőtartalma) könnyen figyelmen kívül hagyható, pedig fontos tényező a növények normális növekedésének és a gyökerek egészséges fejlődésének biztosításában.

A növénytermesztés során a maximális terményhozás elérése érdekében nagyon fontos a gyökérzet környezetének a lehető legjobb állapotban tartása. Tanulmányok kimutatták, hogy az O₂A gyökérrendszer környezetében 4 mg/l alatti tartalom negatív hatással lesz a növény növekedésére. Az O₂A gyökérkörnyezet oxigéntartalmát főként az öntözés (öntözés mennyisége és gyakorisága), a szubsztrát szerkezete, a szubsztrát víztartalma, az üvegház és a szubsztrát hőmérséklete befolyásolja, és a különböző ültetési minták eltérőek lesznek. Az algák és a mikroorganizmusok szintén bizonyos összefüggésben állnak a hidroponikus növények gyökérkörnyezetének oxigéntartalmával. A hipoxia nemcsak a növények lassú fejlődését okozza, hanem növeli a gyökérkórokozók (pythium, phytophthora, fusarium) gyökérnövekedésre gyakorolt ​​nyomását is.

Az öntözési stratégia jelentős hatással van az O2-re₂a szubsztrát víztartalmát, és ez egy jobban szabályozható módja az ültetési folyamatnak is. Néhány rózsaültetési tanulmány kimutatta, hogy a szubsztrát víztartalmának lassú növelése (reggel) jobb oxigénszintet eredményezhet. Az alacsony vízmegtartó képességű szubsztrátban a szubsztrát magas oxigéntartalmat tud fenntartani, ugyanakkor el kell kerülni a szubsztrátok közötti víztartalom-különbséget gyakoribb öntözéssel és rövidebb öntözési időközökkel. Minél alacsonyabb a szubsztrátok vízmegtartó képessége, annál nagyobb a különbség a szubsztrátok között. A nedves szubsztrát, az alacsonyabb öntözési gyakoriság és a hosszabb öntözési időköz nagyobb levegőcserét és kedvező oxigénviszonyokat biztosít.

Az aljzat vízelvezetése egy másik tényező, amely nagyban befolyásolja a megújulási sebességet és az aljzat oxigénkoncentráció-gradiensét, az aljzat típusától és vízmegtartó képességétől függően. Az öntözőfolyadéknak nem szabad túl sokáig az aljzat alján maradnia, hanem gyorsan el kell engedni, hogy a friss, oxigénnel dúsított öntözővíz ismét elérhesse az aljzat alját. A vízelvezetés sebességét néhány viszonylag egyszerű intézkedéssel is befolyásolhatjuk, például az aljzat hossz- és szélességi irányú lejtésével. Minél nagyobb a lejtés, annál gyorsabb a vízelvezetési sebesség. A különböző aljzatoknak eltérő a nyílása, és a kimenetek száma is eltérő.

VÉGE

[idézeti információk]

Xie Yuanpei. Az üvegházhatású növények gyökereinek környezeti oxigéntartalmának hatása a növények növekedésére [J]. Mezőgazdasági Mérnöki Technológia, 2022,42(31):21-24.