Kasvuhooneaianduse põllumajandustehniline tehnoloogiaAvaldatud Pekingis 13. jaanuaril 2023 kell 17.30.

Enamiku toitainete elementide imendumine on protsess, mis on tihedalt seotud taimejuurte ainevahetustegevusega.Need protsessid nõuavad juurerakkude hingamisel tekkivat energiat ning vee imendumist reguleerivad ka temperatuur ja hingamine ning hingamine eeldab hapniku osalust, mistõttu juurekeskkonnas olev hapnik mõjutab oluliselt põllukultuuride normaalset kasvu.Vees lahustunud hapniku sisaldust mõjutavad temperatuur ja soolsus ning substraadi struktuur määrab õhusisalduse juurkeskkonnas.Kastmisel on suured erinevused hapnikusisalduse uuendamisel ja täiendamisel erineva veesisaldusega substraatide puhul.Juurekeskkonna hapnikusisalduse optimeerimiseks on palju tegureid, kuid iga teguri mõjuaste on üsna erinev.Substraadi mõistliku veepidavuse (õhusisalduse) säilitamine on juurkeskkonna kõrge hapnikusisalduse säilitamise eeldus.

Temperatuuri ja soolsuse mõju küllastunud hapniku sisaldusele lahuses

Vees lahustunud hapnikusisaldus

Lahustatud hapnik lahustub vees olevas sidumata või vabas hapnikus ning lahustunud hapniku sisaldus vees saavutab maksimumi teatud temperatuuril, milleks on küllastunud hapnikusisaldus.Küllastunud hapnikusisaldus vees muutub koos temperatuuriga ja temperatuuri tõustes hapnikusisaldus väheneb.Selge vee küllastunud hapnikusisaldus on suurem kui soolasisaldusega mereveel (joonis 1), mistõttu on erineva kontsentratsiooniga toitelahuste küllastunud hapnikusisaldus erinev.

Hapniku transport maatriksis

Hapnik, mida kasvuhoonekultuuride juured toitelahusest saavad, peab olema vabas olekus ning hapnik transporditakse substraadis läbi õhu ja vee ning juurte ümber.Kui see on tasakaalus õhu hapnikusisaldusega antud temperatuuril, saavutab vees lahustunud hapnik maksimumi ja hapnikusisalduse muutus õhus toob kaasa vee hapnikusisalduse proportsionaalse muutuse.

Hüpoksia stressi mõju juurekeskkonnas põllukultuuridele

Juure hüpoksia põhjused

Põhjuseid, miks hüpoksia oht hüdropoonikas ja substraadiharimissüsteemides on suvel suurem, on mitu.Esiteks väheneb vee küllastunud hapnikusisaldus temperatuuri tõustes.Teiseks suureneb juurekasvu säilitamiseks vajalik hapnik koos temperatuuri tõusuga.Lisaks on toitainete imendumine suvel suurem, seega on toitainete omastamiseks suurem hapnikuvajadus.See toob kaasa hapnikusisalduse vähenemise juurekeskkonnas ja tõhusa toidulisandi puudumise, mis põhjustab juurkeskkonnas hüpoksiat.

Imendumine ja kasv

Enamike oluliste toitainete omastamine sõltub juure ainevahetusega tihedalt seotud protsessidest, mis nõuavad juurerakkude hingamisel tekkivat energiat ehk fotosünteesiproduktide lagunemist hapniku juuresolekul.Uuringud on näidanud, et 10%~20% kogu tomatitaimede assimilaatidest kasutatakse juurtes, millest 50% kasutatakse toitainete ioonide omastamiseks, 40% kasvuks ja ainult 10% hoolduseks.Juured peavad leidma hapnikku otseses keskkonnas, kus nad eraldavad CO₂.Anaeroobsetes tingimustes, mis on põhjustatud substraatide halvast ventilatsioonist ja hüdropoonikast, mõjutab hüpoksia vee ja toitainete imendumist.Hüpoksial on kiire reaktsioon toitainete, nimelt nitraadi (NO) aktiivsele imendumisele₃^-), kaalium (K) ja fosfaat (PO₄^3-), mis häirib kaltsiumi (Ca) ja magneesiumi (Mg) passiivset imendumist.

Taimejuure kasv vajab energiat, normaalne juurte aktiivsus vajab madalaimat hapniku kontsentratsiooni ja hapnikusisaldus, mis jääb alla COP väärtuse, muutub juurerakkude ainevahetust piiravaks teguriks (hüpoksia).Kui hapnikusisaldus on madal, siis kasv aeglustub või isegi peatub.Kui osaline juurte hüpoksia mõjutab ainult oksi ja lehti, saab juurestik kompenseerida seda osa juurestikust, mis mingil põhjusel enam ei tööta, suurendades lokaalset imendumist.

Taime metaboolne mehhanism sõltub hapnikust kui elektronide aktseptorist.Ilma hapnikuta ATP tootmine peatub.Ilma ATPta prootonite väljavool juurtest peatub, juurerakkude rakumahl muutub happeliseks ja need rakud surevad mõne tunni jooksul.Ajutine ja lühiajaline hüpoksia ei põhjusta taimedes pöördumatut toitumisstressi."Nitraatide hingamise" mehhanismi tõttu võib see olla lühiajaline kohanemine hüpoksiaga toimetulemiseks kui alternatiivne viis juurte hüpoksia ajal.Pikaajaline hüpoksia toob aga kaasa aeglase kasvu, lehtede pindala vähenemise ning värske ja kuivmassi vähenemise, mis toob kaasa saagikuse olulise languse.

Etüleen

Taimed moodustavad suure stressi all in situ etüleeni.Tavaliselt eemaldatakse etüleen juurtest mullaõhku difundeerudes.Kui vesi tekib, ei suurene mitte ainult etüleeni moodustumine, vaid ka difusioon väheneb oluliselt, kuna juured on ümbritsetud veega.Etüleeni kontsentratsiooni suurenemine toob kaasa aeratsioonikoe moodustumise juurtes (joonis 2).Etüleen võib põhjustada ka lehtede vananemist ning etüleeni ja auksiini koostoime suurendab juhuslike juurte teket.

Hapniku stress põhjustab lehtede kasvu vähenemist

ABA-d toodetakse juurtes ja lehtedes, et tulla toime erinevate keskkonnamõjudega.Juurekeskkonnas on tüüpiline reaktsioon stressile stomataalne sulgumine, mis hõlmab ABA moodustumist.Enne stoomide sulgemist kaotab taime ladvas paisumissurve, ladvalehed närbuvad, samuti võib väheneda fotosünteesi efektiivsus.Paljud uuringud on näidanud, et stoomid reageerivad ABA kontsentratsiooni suurenemisele apoplastis sulgemisega, st ABA kogusisaldus mittelehtedes, vabastades rakusisese ABA, taimed võivad apoplasti ABA kontsentratsiooni väga kiiresti tõsta.Kui taimed on keskkonnastressis, hakkavad nad rakkudes ABA-d vabastama ja juurte vabanemise signaali saab edastada tundide asemel minutitega.ABA suurenemine lehekoes võib vähendada rakuseina pikenemist ja viia lehtede pikenemise vähenemiseni.Hüpoksia teine ​​​​mõju on lehtede eluea lühenemine, mis mõjutab kõiki lehti.Hüpoksia põhjustab tavaliselt tsütokiniini ja nitraatide transpordi vähenemist.Lämmastiku või tsütokiniini puudus lühendab lehepinna hooldusaega ning peatab okste ja lehtede kasvu mõne päeva jooksul.

Põllukultuuri juurestiku hapnikukeskkonna optimeerimine

Substraadi omadused on vee ja hapniku jaotumisel määravad.Hapniku kontsentratsioon kasvuhooneköögiviljade juurekeskkonnas on peamiselt seotud substraadi veepidavuse, niisutamise (suurus ja sagedus), substraadi struktuuri ja substraadi riba temperatuuriga.Ainult siis, kui hapnikusisaldus juurekeskkonnas on vähemalt üle 10% (4–5 mg/L), saab juurte aktiivsust säilitada parimas seisundis.

Põllukultuuride juurestik on taimede kasvu ja taimede haiguskindluse jaoks väga oluline.Vesi ja toitained imenduvad vastavalt taimede vajadustele.Juurekeskkonna hapnikutase määrab aga suuresti ära toitainete ja vee omastamise efektiivsuse ning juurestiku kvaliteedi.Piisav hapnikutase juurestiku keskkonnas võib tagada juurestiku tervise, nii et taimedel on parem vastupanuvõime patogeensetele mikroorganismidele (joonis 3).Piisav hapnikutase substraadis minimeerib ka anaeroobsete tingimuste tekkimise riski, minimeerides seega patogeensete mikroorganismide riski.

Hapniku tarbimine juurkeskkonnas

Põllukultuuride maksimaalne hapnikutarbimine võib ulatuda kuni 40 mg/m2/h (tarbimine sõltub põllukultuuridest).Sõltuvalt temperatuurist võib kastmisvesi sisaldada kuni 7–8 mg/l hapnikku (joonis 4).40 mg saavutamiseks tuleb hapnikuvajaduse rahuldamiseks anda iga tund 5L vett, kuid tegelikult ei pruugi ühe päeva kastmiskogust saavutada.See tähendab, et niisutamisel saadav hapnik mängib vaid väikest rolli.Suurem osa hapnikuvarust jõuab juuretsooni maatriksis olevate pooride kaudu ning pooride kaudu hapnikuvarustuse panus on olenevalt kellaajast lausa 90%.Kui taimede aurustumine saavutab maksimumi, saavutab maksimumi ka kastmiskogus, mis võrdub 1-1,5L/m2/h.Kui niisutusvesi sisaldab 7 mg/l hapnikku, annab see juurtetsoonile 7–11 mg/m2/h hapnikku.See võrdub 17–25% nõudlusega.Loomulikult kehtib see ainult olukorra kohta, kus substraadis olev hapnikuvaene kastmisvesi asendub värske kastmisveega.

Lisaks juurte tarbimisele tarbivad juurkeskkonnas olevad mikroorganismid ka hapnikku.Seda on raske kvantifitseerida, kuna selles osas pole mõõtmisi tehtud.Kuna igal aastal vahetatakse välja uusi substraate, võib eeldada, et mikroorganismid mängivad hapnikutarbimises suhteliselt väikest rolli.

Optimeerige juurte keskkonnatemperatuuri

Juurestiku keskkonnatemperatuur on juurestiku normaalseks kasvuks ja talitluseks väga oluline, samuti on see oluline tegur, mis mõjutab juurestiku vee ja toitainete omastamist.

Liiga madal substraadi temperatuur (juure temperatuur) võib põhjustada veeimamisraskusi.5 ℃ juures on neeldumine 70% ~ 80% madalam kui 20 ℃ juures.Kui substraadi madala temperatuuriga kaasneb kõrge temperatuur, põhjustab see taimede närbumist.Ioonide neeldumine sõltub ilmselgelt temperatuurist, mis pärsib ioonide neeldumist madalal temperatuuril ning erinevate toitainete elementide tundlikkus temperatuuri suhtes on erinev.

Liiga kõrge substraadi temperatuur on samuti kasutu ja võib põhjustada liiga suure juurestiku.Teisisõnu on kuivaine jaotus taimedes tasakaalustamata.Kuna juurestik on liiga suur, tekivad hingamisega tarbetud kaod ning selle osa kaotatud energiast oleks saanud kasutada taime koristusosa jaoks.Substraadi kõrgemal temperatuuril on lahustunud hapniku sisaldus väiksem, mis mõjutab juurekeskkonna hapnikusisaldust palju rohkem kui mikroorganismide tarbitav hapnik.Juurestik tarbib palju hapnikku ja halva substraadi või mullastruktuuri korral põhjustab isegi hüpoksiat, vähendades nii vee ja ioonide imendumist.

Säilitage maatriksi mõistlik veemahutavus.

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

Kastmise lisamine substraadi hapnikusisaldusele

Rohkem päikesevalgust suurendab hapnikutarbimist ja madalamat hapnikusisaldust juurtes (joonis 6) ning rohkem suhkrut suurendab hapnikutarbimist öösel.Transpiratsioon on tugev, veeimavus on suur ning substraadis on rohkem õhku ja rohkem hapnikku.Jooniselt 7 on vasakult näha, et substraadi hapnikusisaldus suureneb pärast niisutamist veidi tingimusel, et substraadi veepidavus on kõrge ja õhusisaldus väga madal.Nagu on näidatud joonise fig.7, suhteliselt parema valgustuse korral suureneb õhusisaldus substraadis tänu suuremale veeimavusele (samad kastmisajad).Niisutamise suhteline mõju substraadi hapnikusisaldusele on palju väiksem kui substraadi veepidavusvõime (õhusisaldus).

Arutage

Tegelikus tootmises jääb hapniku (õhu) sisaldus põllukultuuride juurekeskkonnas kergesti tähelepanuta, kuid see on oluline tegur põllukultuuride normaalse kasvu ja juurte terve arengu tagamiseks.

Taimekasvatuse käigus maksimaalse saagi saamiseks on väga oluline võimalikult palju kaitsta juurestiku keskkonda parimas seisukorras.Uuringud on näidanud, et O₂sisaldus juurestiku keskkonnas alla 4 mg/l avaldab negatiivset mõju saagi kasvule.O₂juurekeskkonna sisaldust mõjutavad peamiselt niisutamine (kastmise kogus ja sagedus), substraadi struktuur, substraadi veesisaldus, kasvuhoone ja substraadi temperatuur ning erinevad istutusviisid on erinevad.Vetikatel ja mikroorganismidel on teatav seos ka hüdropooniliste kultuuride juurekeskkonna hapnikusisaldusega.Hüpoksia ei põhjusta mitte ainult taimede aeglast arengut, vaid suurendab ka juurepatogeenide (pütium, fütoftoora, fusarium) survet juurte kasvule.

Niisutusstrateegial on oluline mõju O₂substraadi sisaldus ja see on ka istutusprotsessis paremini kontrollitav viis.Mõned roosiistutusuuringud on leidnud, et substraadi veesisalduse aeglane suurendamine (hommikul) võib saavutada parema hapnikusisalduse.Madala veepidavusvõimega substraadis suudab substraat säilitada kõrge hapnikusisalduse ja samal ajal on vaja vältida veesisalduse erinevust substraatide vahel suurema kastmissageduse ja lühema intervalli kaudu.Mida väiksem on substraatide veepidavusvõime, seda suurem on vahe aluspindade vahel.Niiske substraat, väiksem kastmissagedus ja pikem intervall tagavad suurema õhuvahetuse ja soodsad hapnikutingimused.

Aluspinna drenaaž on teine ​​tegur, millel on suur mõju substraadi uuenemiskiirusele ja hapniku kontsentratsiooni gradiendile, olenevalt substraadi tüübist ja veepidavusvõimest.Kastmisvedelik ei tohiks jääda liiga kauaks substraadi põhja, vaid see tuleb kiiresti välja lasta, et värske hapnikuga rikastatud kastmisvesi jõuaks uuesti substraadi põhja.Drenaažikiirust saab mõjutada mõnede suhteliselt lihtsate meetmetega, nagu näiteks aluspinna gradient piki- ja laiussuunas.Mida suurem on kalle, seda suurem on äravoolu kiirus.Erinevatel aluspindadel on erinevad avad ja ka väljalaskeavade arv on erinev.

LÕPP

[tsitaadi teave]

Xie Yuanpei.Kasvuhoonekultuuride juurte keskkonna hapnikusisalduse mõju põllukultuuride kasvule [J].Põllumajandustehnika, 2022, 42 (31): 21-24.