Greenhouse Gardeninging avabitud Pekingis 13. jaanuaril 2023.

Enamiku toitainete elementide imendumine on tihedalt seotud taimejuurte metaboolse aktiivsusega. Need protsessid vajavad juurrakkude hingamise teel tekkivat energiat ning vee imendumist reguleerib ka temperatuur ja hingamine ning hingamine nõuab hapniku osalemist, seega on hapnikus juurkeskkonnas oluline mõju põllukultuuride normaalsele kasvule. Temperatuur ja soolsus mõjutab lahustunud hapnikusisaldust vees ning substraadi struktuur määrab õhusisalduse juurkeskkonnas. Niisutamisel on erinevate veesisalduse olekutega substraatides suured erinevused hapnikusisalduse uuendamisel ja täienduses. Hapnikusisalduse optimeerimiseks juurkeskkonnas on palju tegureid, kuid iga teguri mõju aste on üsna erinev. Mõistliku substraadi vee hoidmisvõime (õhusisaldus) säilitamine on juurekeskkonnas suure hapnikusisalduse säilitamise eeldus.

Temperatuuri ja soolsuse mõju küllastunud hapnikusisaldusele lahuses

Lahustunud hapnikusisaldus vees

Lahustunud hapnik lahustub vees sidumata või vaba hapnikuna ning lahustunud hapniku sisaldus vees jõuab teatud temperatuuril maksimaalselt, mis on küllastunud hapnikusisaldus. Küllastunud hapnikusisaldus vees muutub temperatuuriga ja temperatuuri tõustes väheneb hapnikusisaldus. Selge vee küllastunud hapnikusisaldus on suurem kui soola sisaldava merevee (joonis 1), seega on erineva kontsentratsiooniga toitainelahuste küllastunud hapnikusisaldus erinev.

Hapniku transport maatriksis

Hapnik, mida kasvuhoonesaagi juured toitainelahusest saavad, peab olema vabas olekus ning hapnikku veetakse substraadis läbi juurte ümber oleva õhu ja vee ja vee. Kui see on tasakaalus hapnikusisaldusega õhus antud temperatuuril, jõuab vees lahustunud hapnik maksimaalselt ja hapnikusisalduse muutumine õhus viib hapnikusisalduse proportsionaalse muutumiseni vees.

Hüpoksiastressi mõju juurkeskkonnas põllukultuuridele

Juure hüpoksia põhjused

On mitmeid põhjuseid, miks hüdropoonika ja substraadi kultiveerimissüsteemide hüpoksia oht on suvel suurem. Esiteks väheneb temperatuuri tõustes küllastunud hapnikusisaldus vees. Teiseks, juurte kasvu säilitamiseks vajalik hapnik suureneb temperatuuri tõusuga. Lisaks on toitainete imendumise hulk suvel suurem, seega on hapnikuvajadus toitainete imendumise järele suurem. See põhjustab hapnikusisalduse vähenemist juurkeskkonnas ja tõhusa toidulisandi puudumiseni, mis põhjustab juurkeskkonnas hüpoksiat.

Neeldumine ja kasv

Kõige olulisemate toitainete imendumine sõltub juure metabolismiga tihedalt seotud protsessidest, mis nõuavad juurrakkude hingamist tekitatud energiat, st fotosünteetiliste toodete lagunemist hapniku juuresolekul. Uuringud on näidanud, et juurtes kasutatakse 10% ~ 20% tomatitaimede kogu assimileerimisest, millest 50% kasutatakse toitaineioonide imendumiseks, 40% kasvuks ja ainult 10% säilitamiseks. Juured peavad leidma hapniku otseses keskkonnas, kus nad vabastavad CO₂. Anaeroobsetes tingimustes, mis on põhjustatud substraatide ja hüdropoonika kehvast ventilatsioonist, mõjutab hüpoksia vee ja toitainete imendumist. Hüpoksia reageerib kiirele toitainete aktiivsele imendumisele, nimelt nitraadile₃^-), kaalium (K) ja fosfaat (PO₄^3-), mis häirib kaltsiumi (CA) ja magneesiumi (mg) passiivset imendumist.

Taimede juurte kasv vajab energiat, normaalne juurte aktiivsus vajab madalaimat hapniku kontsentratsiooni ja hapniku kontsentratsioon allapoole COP -i väärtust muutub teguriks, mis piirab juurrakkude metabolismi (hüpoksia). Kui hapnikusisalduse tase on madal, aeglustub kasv või isegi peatub. Kui osaline juure hüpoksia mõjutab ainult harusid ja lehti, saab juursüsteem kompenseerida juursüsteemi osa, mis pole mingil põhjusel enam aktiivne, suurendades kohalikku imendumist.

Taimede metaboolne mehhanism sõltub hapnikust kui elektronide aktseptoriks. Ilma hapnikuta peatub ATP tootmine. Ilma ATPta peatub juurtest pärit prootonite väljavool, juurrakkude raku mahl muutub happeliseks ja need rakud surevad mõne tunni jooksul. Ajutine ja lühiajaline hüpoksia ei põhjusta taimedes pöördumatut toitumisstressi. Nitraadi hingamise mehhanismi tõttu võib see olla lühiajaline kohanemine hüpoksiaga kui alternatiivse viisi juure hüpoksia ajal. Pikaajaline hüpoksia põhjustab aga aeglast kasvu, vähenenud lehtede pindala ning vähenenud värske ja kuiva massi, mis põhjustab saagikuse saagikuse olulist langust.

Etüleen

Taimed moodustavad etüleeni kohas palju stressi all. Tavaliselt eemaldatakse etüleeni juurtest mullaõhku hajutades. Veeplaanide ilmnemisel ei suurene etüleeni moodustumine mitte ainult, vaid ka difusiooni väheneb oluliselt, kuna juured on ümbritsetud veega. Etüleeni kontsentratsiooni suurenemine põhjustab juurte õhukoe moodustumist (joonis 2). Etüleen võib põhjustada ka lehtede vananemist ning etüleeni ja auksiini vaheline interaktsioon suurendab adventsete juurte moodustumist.

Hapnikustress põhjustab lehtede kasvu vähenemist

ABA toodetakse juurtes ja lehti, et hakkama saada erinevate keskkonnapingetega. Juurkeskkonnas on tüüpiline reageerimine stressile stomataalne sulgemine, mis hõlmab ABA moodustumist. Enne stomaadi sulgemist kaotab taime ülaosa paistetusrõhu, ülemised lehed närbuvad ja ka fotosünteetiline efektiivsus võib väheneda. Paljud uuringud on näidanud, et stomata reageerivad ABA kontsentratsiooni suurenemisele apoplastis sulgemisega, see tähendab, et kogu ABA sisaldus mitte-lehtedes, vabastades rakusisesed ABA, võivad taimed suurendada Apoplast ABA kontsentratsiooni väga kiiresti. Kui taimed on keskkonnastressi all, hakkavad nad rakkudes ABA -d vabastama ja juure vabanemise signaali saab tundide asemel edastada minutites. ABA suurenemine lehekoes võib vähendada rakuseina pikenemist ja põhjustada lehtede pikenemise vähenemist. Veel üks hüpoksia mõju on see, et lehtede eluiga lüheneb, mis mõjutab kõiki lehti. Hüpoksia viib tavaliselt tsütokiniini ja nitraadi transpordi vähenemiseni. Lämmastiku või tsütokiniini puudumine lühendab lehepindala säilitusaega ja peatab okste ja lehtede kasvu mõne päeva jooksul.

Põllukultuuride juursüsteemi hapnikukeskkonna optimeerimine

Substraadi omadused on vee ja hapniku jaotuse osas määravad. Hapnikukontsentratsioon kasvuhooneköögiviljade juurkeskkonnas on peamiselt seotud substraadi, niisutamise (suurus ja sagedus), substraadi struktuuri ja substraadi riba temperatuuri veekogumisvõimega. Ainult siis, kui hapnikusisaldus juurekeskkonnas on vähemalt üle 10% (4 ~ 5 mg/L), saab juurtegevust säilitada kõige paremas olekus.

Põllukultuuride juursüsteem on taimede kasvu ja taimehaiguste resistentsuse jaoks väga oluline. Vesi ja toitained imenduvad vastavalt taimede vajadustele. Juurkeskkonnas hapniku tase määrab suuresti toitainete ja vee imendumise efektiivsuse ning juursüsteemi kvaliteedi. Piisav hapnikutase juursüsteemi keskkonnas võib tagada juursüsteemi tervise, nii et taimedel oleks parem vastupidavus patogeensete mikroorganismide suhtes (joonis 3). Piisav hapniku tase substraadis vähendab ka anaeroobsete tingimuste riski, minimeerides sellega patogeensete mikroorganismide riski.

Hapniku tarbimine juurkeskkonnas

Põllukultuuride maksimaalne hapniku tarbimine võib ulatuda 40 mg/m2/h (tarbimine sõltub põllukultuuridest). Sõltuvalt temperatuurist võib niisutusvesi sisaldada kuni 7 ~ 8 mg/l hapnikku (joonis 4). 40 mg jõudmiseks tuleb hapnikuvajaduse rahuldamiseks anda iga tunni tagant 5 -l vett, kuid tegelikult ei pruugi niisutamise kogust ühe päeva jooksul jõuda. See tähendab, et niisutamisel pakutav hapnik mängib vaid väikest rolli. Suurem osa hapnikuvarustusest jõuab juurtsooni maatriksi pooride kaudu ja hapnikuvarustuse panus pooride kaudu on sõltuvalt kellaajast koguni 90%. Kui taimede aurustumine jõuab maksimaalsesse, jõuab niisutuskogus ka maksimumi, mis võrdub 1 ~ 1,5L/m2/h -ni. Kui niisutusvesi sisaldab 7 mg/l hapnikku, annab see juurtsoonile 7 ~ 11 mg/m2/h hapnikku. See võrdub 17% ~ 25% nõudlusest. Muidugi kehtib see ainult olukorrale, et substraadi hapnikuvae niisutusvesi asendatakse värske niisutusveega.

Lisaks juurte tarbimisele tarbivad juurekeskkonnas ka mikroorganismid hapnikku. Seda on keeruline kvantifitseerida, kuna selles osas pole mõõtmist tehtud. Kuna uued substraadid asendatakse igal aastal, võib eeldada, et mikroorganismid mängivad hapniku tarbimisel suhteliselt väikest rolli.

Optimeerige juurte keskkonnatemperatuur

Juurte süsteemi keskkonnatemperatuur on juursüsteemi normaalse kasvu ja funktsiooni jaoks väga oluline ning see on ka oluline tegur, mis mõjutab vee ja toitainete imendumist juursüsteemi abil.

Liiga madal substraadi temperatuur (juurtemperatuur) võib põhjustada vee imendumise raskusi. 5 ℃ juures on neeldumine 70% ~ 80% madalam kui 20 ℃ juures. Kui madala substraadi temperatuuriga kaasneb kõrge temperatuur, põhjustab see taime närbumist. Ioonide imendumine sõltub ilmselgelt temperatuurist, mis pärsib ioonide imendumist madalal temperatuuril, ja erinevate toitainete elementide tundlikkus temperatuuri suhtes on erinev.

Liiga kõrge substraadi temperatuur on ka kasutu ja see võib põhjustada liiga suurt juursüsteemi. Teisisõnu on taimedes kuivaine tasakaalustamata jaotus. Kuna juursüsteem on liiga suur, tekivad hingamise kaudu ebavajalikud kaotused ja seda kaotatud energiat oleks võinud kasutada taime saagikoristuse osas. Substraadi kõrgema temperatuuri korral on lahustunud hapnikusisaldus madalam, millel on palju suurem mõju hapnikusisaldusele juurkeskkonnas kui mikroorganismide tarbitud hapnikku. Juursüsteem tarbib palju hapnikku ja põhjustab isegi halva substraadi või mulla struktuuri korral hüpoksiat, vähendades sellega vee ja ioonide imendumist.

Hoidke maatriksi mõistlikku veekogumisvõimet.

Veesisalduse ja maatriksis hapniku protsendi vahel on negatiivne korrelatsioon. Kui veesisaldus suureneb, väheneb hapnikusisaldus ja vastupidi. Maatriksis on veesisalduse ja hapniku vahel kriitiline vahemik, see tähendab 80% ~ 85% veesisaldust (joonis 5). Veesisalduse pikaajaline hooldus üle 85% substraadis mõjutab hapnikuvarustust. Suurem osa hapnikuvarustusest (75%~ 90%) toimub maatriksis olevate pooride kaudu.

Hapnikusisalduse niisutamise toidulisand substraadis

Rohkem päikesevalgust toob kaasa suuremat hapniku tarbimist ja madalamat hapniku kontsentratsiooni juurtes (joonis 6) ning rohkem suhkrut muudab hapniku tarbimise öösel kõrgemaks. Tranpiratsioon on tugev, vee imendumine on suur ning substraadis on rohkem õhku ja rohkem hapnikku. Joonisel 7 on vasakult näha, et substraadis sisalduv hapnikusisaldus suureneb pisut pärast niisutamist tingimusel, et substraadi veemaht on kõrge ja õhusisaldus on väga madal. Nagu näidatud joonisel fig. 7, suhteliselt parema valgustuse tingimustes suureneb õhusisaldus substraadis suurema vee imendumise tõttu (samad niisutamisajad). Niisutamise suhteline mõju hapnikusisaldusele substraadis on palju väiksem kui substraadi vee hoidmismaht (õhusisaldus).

Arutama

Tegeliku tootmise korral on hapniku (õhk) sisaldus põllukultuuride juurkeskkonnas hõlpsasti kahe silma vahele jätta, kuid see on oluline tegur, et tagada põllukultuuride normaalne kasv ja juurte tervislik areng.

Põllukultuuride tootmise ajal maksimaalse saagise saamiseks on väga oluline kaitsta juursüsteemi keskkonda võimalikult paljudes seisundis. Uuringud on näidanud, et O₂Juurekeskkonnas alla 4 mg/l on negatiivne mõju põllukultuuride kasvule. O₂Juurkeskkonnas sisaldust mõjutavad peamiselt niisutamine (niisutamise kogus ja sagedus), substraadi struktuur, substraadi veesisaldus, kasvuhoone ja substraadi temperatuur ning erinevad istutusharjumused on erinevad. Vetikatel ja mikroorganismidel on ka teatud seos hapnikusisaldusega hüdropooniliste põllukultuuride juurkeskkonnas. Hüpoksia mitte ainult ei põhjusta taimede aeglast arengut, vaid suurendab ka juurte patogeenide (Pythium, Pytophthora, Fusarium) rõhku juurte kasvule.

Niisutusstrateegia mõjutab O -le märkimisväärset mõju₂sisu substraadis ja see on ka istutamise protsessis paremini kontrollitav viis. Mõnede roosi istutamise uuringud on leidnud, et substraadi (hommikul) veesisalduse aeglaselt suurendamine võib saada parema hapniku oleku. Madala vee hoidmisvõimega substraadis suudab substraat säilitada kõrge hapnikusisalduse ja samal ajal on vaja vältida substraatide vahelise veesisalduse erinevust kõrgema niisutussageduse ja lühema intervalli kaudu. Mida madalam on substraatide vee hoidmisvõime, seda suurem on substraatide erinevus. Niiske substraat, madalam niisutussagedus ja pikem intervall tagavad suurema õhu asendamise ja soodsad hapniku tingimused.

Substraadi drenaaž on veel üks tegur, millel on substraadi uuenemismäära ja hapniku kontsentratsiooni gradient, sõltuvalt substraadi tüübist ja vee hoidmisvõimest. Niisutusvedelik ei tohiks jääda substraadi põhjas liiga kaua, vaid see tuleks kiiresti tühjendada, nii et värske hapnikuga rikastatud niisutusvesi jõuaks jälle substraadi põhja. Drenaažikiirust võivad mõjutada mõned suhteliselt lihtsad meetmed, näiteks substraadi gradient pikisuunalises ja laiuses suunas. Mida suurem on gradient, seda kiirem on drenaažikiirus. Erinevatel substraatidel on erinevad avad ja ka müügikohtade arv on erinev.

Lõpp

[tsitaatteave]

Xie Yuanpei. Keskkonna hapnikusisalduse mõju kasvuhoonesaagi juurtele põllukultuuride kasvule [J]. Põllumajandustehnoloogia, 2022,42 (31): 21–24.