Az üvegházi kertészet mezőgazdasági mérnöki technológiájaKözzétéve Pekingben, 2023. január 13-án 17:30-kor.

A legtöbb tápelem felszívódása a növényi gyökerek anyagcsere-tevékenységével szorosan összefüggő folyamat.Ezekhez a folyamatokhoz a gyökérsejtek légzése által termelt energia szükséges, a vízfelvételt a hőmérséklet és a légzés is szabályozza, a légzéshez pedig oxigén részvétele szükséges, így a gyökérkörnyezetben lévő oxigén létfontosságú hatással van a kultúrnövények normál növekedésére.A víz oldott oxigéntartalmát a hőmérséklet és a sótartalom befolyásolja, az aljzat szerkezete pedig a gyökérkörnyezet levegőtartalmát.Az öntözésnél nagy különbségek mutatkoznak a különböző víztartalmú szubsztrátumok oxigéntartalmának megújításában és kiegészítésében.A gyökérkörnyezet oxigéntartalmának optimalizálására számos tényező van, de az egyes tényezők hatásfoka meglehetősen eltérő.Az ésszerű szubsztrát víztartó képesség (levegőtartalom) fenntartása a magas oxigéntartalom fenntartásának előfeltétele a gyökérkörnyezetben.

A hőmérséklet és a sótartalom hatása az oldat telített oxigéntartalmára

Vízben oldott oxigéntartalom

Az oldott oxigén a vízben lévő kötetlen vagy szabad oxigénben oldódik, és a víz oldott oxigén tartalma egy bizonyos hőmérsékleten éri el a maximumot, ami a telített oxigéntartalom.A víz telített oxigéntartalma a hőmérséklettel változik, a hőmérséklet emelkedésével pedig 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 oxigénnek, amelyet az üvegházi növények gyökerei a tápoldatból kaphatnak, szabad állapotban kell lennie, és az oxigén a szubsztrátumban levegőn és vízen, valamint a gyökerek körül vízen keresztül jut el.Ha egy adott hőmérsékleten egyensúlyban van a levegő oxigéntartalmával, akkor a vízben oldott oxigén eléri a maximumot, és a levegő oxigéntartalmának változása a víz oxigéntartalmának arányos változásához vezet.

A hipoxiás stressz hatása a gyökérkörnyezetben a növényekre

A gyökér hipoxia okai

Több oka is van annak, hogy nyáron nagyobb a hipoxia kockázata a hidroponikus és szubsztrátumtermesztési rendszerekben.Először is, a víz telített oxigéntartalma csökken a hőmérséklet emelkedésével.Másodszor, a gyökérnövekedés fenntartásához szükséges oxigén a hőmérséklet emelkedésével nő.Továbbá nyáron nagyobb a tápanyagfelvétel mennyisége, így nagyobb a tápanyagfelvételhez szükséges oxigénigény is.Ez a gyökérkörnyezet oxigéntartalmának csökkenéséhez és a hatékony kiegészítő hiányához vezet, ami a gyökérkörnyezetben hipoxiához vezet.

Felszívódás és növekedés

A legtöbb esszenciális tápanyag felszívódása a gyökéranyagcserével szorosan összefüggő folyamatoktól függ, amelyekhez a gyökérsejtek légzése, vagyis a fotoszintetikus termékek oxigén jelenlétében történő lebontása során keletkező energia szükséges.Tanulmányok kimutatták, hogy a paradicsomnövények összes asszimilátumának 10-20%-a a gyökerekben kerül felhasználásra, ennek 50%-a a tápanyag-ionok felszívódására, 40%-a a növekedésre és csak 10%-aa karbantartásra.A gyökereknek oxigént kell találniuk a közvetlen környezetben, ahol CO-t bocsátanak ki₂.A szubsztrátumok rossz szellőzése és a hidroponika okozta anaerob körülmények között a hipoxia befolyásolja a víz és a tápanyagok felszívódását.A hipoxia gyorsan reagál a tápanyagok aktív felszívódására, nevezetesen a nitrátra (NO₃^-), kálium (K) és foszfát (PO₄^3-), ami megzavarja a kalcium (Ca) és magnézium (Mg) passzív felszívódását.

A növényi gyökerek növekedéséhez energia kell, a normál gyökéraktivitáshoz a legalacsonyabb oxigénkoncentráció, a COP érték alatti oxigénkoncentráció pedig a gyökérsejtek anyagcseréjét korlátozó tényezővé (hipoxia) válik.Ha az oxigéntartalom alacsony, a növekedés lelassul, vagy akár le is áll.Ha a gyökér részleges hipoxiája csak az ágakat és a leveleket érinti, a gyökérrendszer a helyi felszívódás növelésével kompenzálni tudja a gyökérrendszer valamilyen okból már nem aktív részét.

A növényi anyagcsere mechanizmusa az oxigéntől, mint elektronakceptortól függ.Oxigén nélkül az ATP termelés leáll.ATP nélkül a protonok kiáramlása a gyökerekből leáll, a gyökérsejtek sejtnedve megsavasodik, és ezek a sejtek néhány órán belül elpusztulnak.Az átmeneti és rövid távú hipoxia nem okoz visszafordíthatatlan táplálkozási stresszt a növényekben.A „nitrát légzés” mechanizmusa miatt ez egy rövid távú alkalmazkodás lehet a hipoxiával való megbirkózás alternatív módjaként a gyökér hypoxia során.A hosszú távú hipoxia azonban lassú növekedéshez, csökkenő levélterülethez, valamint friss és száraz tömeg csökkenéséhez vezet, ami a terméshozam jelentős csökkenéséhez vezet.

Etilén

A növények in situ etilént képeznek nagy igénybevétel alatt.Az etilént általában úgy távolítják el a gyökerekből, hogy a talajlevegőbe diffundálnak.A víz eltömődése esetén nemcsak az etilén képződése nő, hanem a diffúzió is nagymértékben csökken, mivel a gyökereket víz veszi körül.Az etilénkoncentráció növekedése levegőztető szövet képződéséhez vezet a gyökerekben (2. ábra).Az etilén a levelek öregedését is okozhatja, és az etilén és az auxin közötti kölcsönhatás fokozza a járulékos gyökerek képződését.

Az oxigénstressz csökkenti a levelek növekedését

Az ABA gyökerekben és levelekben termelődik, hogy megbirkózzon a különböző környezeti terhelésekkel.A gyökérkörnyezetben a stresszre adott tipikus válasz a sztómazáródás, ami az ABA képződésével jár.A sztómák bezárása előtt a növény teteje elveszíti a duzzadási nyomást, a felső levelek elhervadnak, és a fotoszintetikus hatékonyság is csökkenhet.Számos tanulmány kimutatta, hogy a sztómák az apoplaszt ABA-koncentrációjának növekedésére zárással reagálnak, vagyis a nem levelek teljes ABA-tartalmára intracelluláris ABA-t szabadítva fel, a növények nagyon gyorsan tudják növelni az apoplaszt ABA koncentrációját.Amikor a növények környezeti stressznek vannak kitéve, elkezdenek ABA-t kibocsátani a sejtekben, és a gyökérkibocsátási jel órák helyett percek alatt továbbítható.Az ABA növekedése a levélszövetben csökkentheti a sejtfal megnyúlását és a levél megnyúlásának csökkenéséhez vezethet.A hipoxia másik hatása az, hogy a levelek élettartama lerövidül, ami minden levélre hatással lesz.A hipoxia általában a citokinin és a nitrát transzport csökkenéséhez vezet.A nitrogén vagy citokinin hiánya lerövidíti a levélterület fenntartási idejét, és néhány napon belül leállítja az ágak és levelek növekedését.

A növény gyökérrendszerének oxigén környezetének optimalizálása

Az aljzat jellemzői meghatározóak a víz és az oxigén eloszlása ​​szempontjából.Az üvegházi zöldségek gyökérkörnyezetében az oxigénkoncentráció elsősorban a szubsztrátum víztartó képességével, az öntözéssel (mérettel és gyakorisággal), az aljzat szerkezetével és az aljzatcsík hőmérsékletével függ össze.Csak akkor tartható a gyökéraktivitás a legjobb állapotban, ha a gyökérkörnyezet oxigéntartalma legalább 10% (4-5 mg/L) felett van.

A növények gyökérrendszere nagyon fontos a növények növekedéséhez és a növények betegségekkel szembeni ellenálló képességéhez.A víz és a tápanyagok felszívódása a növények szükségleteinek megfelelően történik.A gyökérkörnyezet oxigénszintje azonban nagymértékben meghatározza a tápanyag- és vízfelvétel hatékonyságát, valamint a gyökérrendszer minőségét.A gyökérrendszeri környezet megfelelő oxigénszintje biztosíthatja a gyökérrendszer egészségét, így a növények jobban ellenállnak a patogén mikroorganizmusoknak (3. ábra).A szubsztrátum megfelelő oxigénszintje minimálisra csökkenti az anaerob körülmények kialakulásának kockázatát is, így minimálisra csökkenti a patogén mikroorganizmusok kockázatát.

Oxigénfogyasztás gyökérkörnyezetben

A növények maximális oxigénfogyasztása elérheti a 40mg/m2/h-t is (a fogyasztás a terméstől 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 mennyiséget nem lehet elérni.Ez azt jelenti, hogy az öntözés által biztosított oxigén csak kis szerepet játszik.Az oxigénellátás nagy része a mátrix pórusain keresztül jut el a gyökérzónába, és a pórusokon keresztüli oxigénellátás hozzájárulása a napszaktól függően akár 90%-ot is elérhet.Amikor a növények párolgása eléri a maximumot, az öntözési mennyiség is eléri a maximumot, ami 1-1,5L/m2/h-nak felel meg.Ha az öntözővíz 7 mg/l oxigént tartalmaz, az 7-11 mg/m2/h oxigént biztosít a gyökérzónának.Ez a kereslet 17-25%-ának felel meg.Természetesen ez csak arra a helyzetre vonatkozik, hogy az aljzatban az oxigénszegény öntözővizet friss öntözővíz váltja fel.

A gyökerek fogyasztása mellett a gyökérkörnyezet mikroorganizmusai oxigént is fogyasztanak.Nehéz ezt számszerűsíteni, mert erre vonatkozóan nem történt mérés.Mivel minden évben új szubsztrátokat cserélnek, feltételezhető, hogy a mikroorganizmusok viszonylag kis szerepet játszanak az oxigénfogyasztásban.

Optimalizálja a gyökerek környezeti hőmérsékletét

A gyökérrendszer környezeti hőmérséklete nagyon fontos a gyökérrendszer normál növekedéséhez és működéséhez, valamint fontos tényező a gyökérrendszer víz- és tápanyagfelvételében.

Az aljzat túl alacsony hőmérséklete (gyökérhőmérséklete) vízfelvételi nehézségeket okozhat.5°C-on az abszorpció 70-80%-kal alacsonyabb, mint 20°C-on.Ha az aljzat alacsony hőmérsékletét magas hőmérséklet kíséri, az a növények hervadásához vezet.Az ionabszorpció nyilvánvalóan a hőmérséklettől függ, ami alacsony hőmérsékleten gátolja az ionok abszorpcióját, illetve a különböző tápelemek hőmérsékletre való érzékenysége eltérő.

A túl magas aljzathőmérséklet szintén haszontalan, és túl nagy gyökérrendszerhez vezethet.Más szóval, a szárazanyag eloszlása ​​a növényekben kiegyensúlyozatlan.Mivel a gyökérrendszer túl nagy, a légzésből szükségtelen veszteségek keletkeznek, és az elvesztett energiának ezt a részét felhasználhatták volna a növény betakarítására.Magasabb aljzathőmérséklet mellett az oldott oxigéntartalom alacsonyabb, ami sokkal nagyobb hatással van a gyökérkörnyezet oxigéntartalmára, mint a mikroorganizmusok által elfogyasztott oxigén.A gyökérrendszer sok oxigént fogyaszt, rossz szubsztrátum vagy talajszerkezet esetén akár hipoxiához is vezet, csökkentve ezzel a víz és az ionok felszívódását.

Tartsa fenn a mátrix ésszerű víztartó képességét.

Negatív korreláció van a víztartalom és a mátrix százalékos oxigéntartalma között.A víztartalom növekedésével az oxigéntartalom csökken, és fordítva.A mátrixban a víztartalom és az oxigén között van egy kritikus tartomány, azaz 80%~85% víztartalom (5. ábra).Az aljzat víztartalmának 85% feletti hosszú távú fenntartása befolyásolja az oxigénellátást.Az oxigénellátás nagy része (75-90%) a mátrix pórusain keresztül történik.

Az öntözés kiegészítése az aljzat oxigéntartalmához

A több napfény magasabb oxigénfogyasztáshoz és alacsonyabb oxigénkoncentrációhoz vezet a gyökerekben (6. ábra), a több cukor pedig növeli az éjszakai oxigénfogyasztást.Erős a párologtatás, nagy a vízfelvétel, több levegő és több oxigén van az aljzatban.A 7. ábra bal oldaláról látható, hogy az aljzat oxigéntartalma az öntözés után enyhén növekszik, ha az aljzat víztartó képessége magas és a levegőtartalom nagyon alacsony.ábra jobb oldalán látható módon.7, viszonylag jobb megvilágítás mellett az aljzat levegőtartalma megnő a nagyobb vízfelvétel miatt (ugyanolyan öntözési idők).Az öntözés relatív hatása az aljzat oxigéntartalmára sokkal kisebb, mint az aljzat víztartó képessége (levegőtartalma).

Beszéljétek meg

A tényleges termelés során a növényi gyökérkörnyezet oxigéntartalma (levegő) könnyen figyelmen kívül hagyható, de ez fontos tényező a növények normális növekedésének és a gyökerek egészséges fejlődésének biztosításához.

A maximális terméshozam elérése érdekében a növénytermesztés során nagyon fontos a gyökérrendszer környezetének lehető legjobb állapotú védelme.Tanulmányok kimutatták, hogy az O₂A gyökérrendszer környezetében 4 mg/l alatti tartalom negatív hatással lesz a növény növekedésére.Az O₂A gyökérkörnyezet tartalmát elsősorban az öntözés (öntözés mennyisége és gyakorisága), az aljzat szerkezete, az aljzat víztartalma, az üvegház és az aljzat hőmérséklete befolyásolja, és a különböző ültetési minták eltérőek lesznek.Az algák és a mikroorganizmusok bizonyos kapcsolatban vannak a hidroponikus növények gyökérkörnyezetében lévő oxigéntartalommal is.A hipoxia nemcsak a növények lassú fejlődését okozza, hanem a gyökérkórokozók (pythium, phytophthora, fusarium) nyomását is növeli a gyökérnövekedésre.

Az öntözési stratégia jelentős hatással van az O₂tartalom a szubsztrátumban, és ez egy jobban szabályozható módja az ültetési folyamatnak.Egyes rózsaültetési vizsgálatok azt találták, hogy az aljzat víztartalmának lassú növelésével (reggel) jobb oxigénállapot érhető el.Az alacsony víztartó képességű aljzatban a szubsztrátum magas oxigéntartalmat tud fenntartani, ugyanakkor el kell kerülni a szubsztrátumok víztartalmának különbségét a magasabb öntözési gyakoriság és a rövidebb időközök révén.Minél kisebb az aljzatok víztartó képessége, annál nagyobb a különbség az aljzatok között.A nedves aljzat, az alacsonyabb öntözési gyakoriság és a hosszabb időköz több levegőpótlást és kedvező oxigénviszonyokat biztosít.

Az aljzat vízelvezetése egy másik olyan tényező, amely nagyban befolyásolja az aljzat megújulási sebességét és az aljzat oxigénkoncentráció gradiensét, az aljzat típusától és víztartó képességétől függően.Az öntözőfolyadék ne maradjon túl sokáig az aljzat alján, hanem gyorsan ürítse ki, hogy a friss, oxigénnel dúsított öntözővíz ismét elérhesse az aljzat alját.A vízelvezetés sebessége néhány viszonylag egyszerű intézkedéssel befolyásolható, mint például az aljzat meredeksége hossz- és szélességi irányban.Minél nagyobb a gradiens, annál gyorsabb a vízelvezetés sebessége.A különböző hordozók különböző nyílásokkal rendelkeznek, és a kimenetek száma is eltérő.

VÉGE

[idézet információ]

Xie Yuanpei.Az üvegházi növények gyökereinek környezeti oxigéntartalmának hatása a növények növekedésére [J].Agrármérnöki technológia, 2022,42(31):21-24.