Tehnologija kmetijskega inženiringa vrtnarjenja v rastlinjakih Objavljeno v Pekingu ob 17.30, 13. januarja 2023.

Absorpcija večine hranil je proces, ki je tesno povezan s presnovnimi aktivnostmi rastlinskih korenin.Ti procesi zahtevajo energijo, ki jo ustvari dihanje koreninskih celic, absorpcijo vode pa uravnavata tudi temperatura in dihanje, dihanje pa zahteva sodelovanje kisika, zato ima kisik v koreninskem okolju vitalen vpliv na normalno rast pridelkov.Na vsebnost raztopljenega kisika v vodi vplivata temperatura in slanost, struktura substrata pa določa vsebnost zraka v okolju korenin.Namakanje ima velike razlike v obnavljanju in dopolnjevanju vsebnosti kisika v substratih z različnimi vodnostnimi stanji.Obstaja veliko dejavnikov za optimizacijo vsebnosti kisika v okolju korenin, vendar je stopnja vpliva vsakega dejavnika precej drugačna.Ohranjanje primerne zmogljivosti substrata za zadrževanje vode (vsebnost zraka) je predpostavka za ohranjanje visoke vsebnosti kisika v okolju korenin.

Vpliv temperature in slanosti na vsebnost nasičenega kisika v raztopini

Vsebnost raztopljenega kisika v vodi

Raztopljeni kisik je raztopljen v nevezanem ali prostem kisiku v vodi, vsebnost raztopljenega kisika v vodi pa bo dosegla največjo vrednost pri določeni temperaturi, ki je vsebnost nasičenega kisika.Vsebnost nasičenega kisika v vodi se spreminja s temperaturo in ko se temperatura poveča, se vsebnost kisika zmanjša.Vsebnost nasičenega kisika v čisti vodi je višja kot v morski vodi, ki vsebuje sol (slika 1), zato bo vsebnost nasičenega kisika v hranilnih raztopinah z različnimi koncentracijami različna.

Prenos kisika v matriksu

Kisik, ki ga korenine rastlinjakov lahko dobijo iz hranilne raztopine, mora biti v prostem stanju, kisik pa se v substratu prenaša skozi zrak in vodo ter vodo okoli korenin.Ko je v ravnovesju z vsebnostjo kisika v zraku pri dani temperaturi, kisik, raztopljen v vodi, doseže največjo vrednost, sprememba vsebnosti kisika v zraku pa bo povzročila sorazmerno spremembo vsebnosti kisika v vodi.

Učinki hipoksijskega stresa v koreninskem okolju na pridelke

Vzroki hipoksije korenin

Obstaja več razlogov, zakaj je tveganje hipoksije v hidroponiki in sistemih pridelave substrata poleti večje.Najprej se bo vsebnost nasičenega kisika v vodi zmanjšala, ko se temperatura dvigne.Drugič, kisik, potreben za ohranjanje rasti korenin, se poveča s povišanjem temperature.Poleg tega je poleti večja absorpcija hranil, zato je potreba po kisiku za absorpcijo hranil večja.To vodi do zmanjšanja vsebnosti kisika v koreninskem okolju in pomanjkanja učinkovitega dodatka, kar vodi do hipoksije v koreninskem okolju.

Absorpcija in rast

Absorpcija večine bistvenih hranil je odvisna od procesov, ki so tesno povezani s presnovo korenin, ki zahtevajo energijo, ki nastane z dihanjem koreninskih celic, to je razgradnjo produktov fotosinteze v prisotnosti kisika.Študije so pokazale, da se 10–20 % vseh asimilatov rastlin paradižnika porabi v koreninah, od tega 50 % za absorpcijo hranilnih ionov, 40 % za rast in le 10 % za vzdrževanje.Korenine morajo najti kisik v neposrednem okolju, kjer sproščajo CO₂.V anaerobnih pogojih, ki jih povzroča slabo prezračevanje v substratih in hidroponika, bo hipoksija vplivala na absorpcijo vode in hranil.Hipoksija ima hiter odziv na aktivno absorpcijo hranil, in sicer nitratov (NO₃^-), kalij (K) in fosfat (PO₄^3-), kar bo motilo pasivno absorpcijo kalcija (Ca) in magnezija (Mg).

Rast rastlinskih korenin potrebuje energijo, normalno delovanje korenin potrebuje najnižjo koncentracijo kisika, koncentracija kisika pod vrednostjo COP pa postane dejavnik, ki omejuje presnovo koreninskih celic (hipoksija).Ko je vsebnost kisika nizka, se rast upočasni ali celo ustavi.Če delna koreninska hipoksija prizadene samo veje in liste, lahko koreninski sistem nadomesti del koreninskega sistema, ki zaradi nekega razloga ni več aktiven, s povečanjem lokalne absorpcije.

Presnovni mehanizem rastlin je odvisen od kisika kot akceptorja elektronov.Brez kisika se proizvodnja ATP ustavi.Brez ATP se bo odtok protonov iz korenin ustavil, celični sok koreninskih celic bo postal kisel in te celice bodo odmrle v nekaj urah.Začasna in kratkotrajna hipoksija ne bo povzročila nepopravljivega prehranskega stresa v rastlinah.Zaradi mehanizma "nitratnega dihanja" je lahko kratkoročna prilagoditev za obvladovanje hipoksije kot alternativni način med koreninsko hipoksijo.Vendar bo dolgotrajna hipoksija povzročila počasno rast, zmanjšano listno površino ter zmanjšano svežo in suho težo, kar bo povzročilo znaten upad pridelka.

Etilen

Rastline bodo pod velikim stresom tvorile etilen in situ.Običajno se etilen odstrani iz korenin z difuzijo v talni zrak.Ko pride do namakanja, se ne bo samo povečala tvorba etilena, ampak bo tudi močno zmanjšana difuzija, ker so korenine obdane z vodo.Povečanje koncentracije etilena bo povzročilo nastanek aeracijskega tkiva v koreninah (slika 2).Etilen lahko povzroči tudi staranje listov, interakcija med etilenom in avksinom pa bo povečala nastanek naključnih korenin.

Pomanjkanje kisika vodi do zmanjšane rasti listov

ABA se proizvaja v koreninah in listih za obvladovanje različnih okoljskih obremenitev.V okolju korenin je tipičen odziv na stres zapiranje stomatov, kar vključuje tvorbo ABA.Preden se želodci zaprejo, vrh rastline izgubi pritisk nabrekanja, vrhnji listi ovenijo, zmanjša se lahko tudi učinkovitost fotosinteze.Številne študije so pokazale, da se želodci odzovejo na povečanje koncentracije ABA v apoplastu z zapiranjem, torej celotne vsebnosti ABA v nelistih s sproščanjem intracelularne ABA, rastline lahko zelo hitro povečajo koncentracijo apoplasta ABA.Ko so rastline pod okoljskim stresom, začnejo sproščati ABA v celicah in signal za sproščanje korenin se lahko prenese v minutah namesto v urah.Povečanje ABA v listnem tkivu lahko zmanjša raztezek celične stene in povzroči zmanjšanje raztezka listov.Drugi učinek hipoksije je, da se življenjska doba listov skrajša, kar vpliva na vse liste.Hipoksija običajno povzroči zmanjšanje transporta citokinina in nitratov.Pomanjkanje dušika ali citokinina bo skrajšalo čas vzdrževanja listne površine in ustavilo rast vej in listov v nekaj dneh.

Optimizacija kisikovega okolja koreninskega sistema pridelka

Lastnosti substrata so odločilne za porazdelitev vode in kisika.Koncentracija kisika v okolju korenin rastlinjakov je v glavnem povezana z zmogljivostjo substrata za zadrževanje vode, namakanjem (velikost in pogostost), strukturo substrata in temperaturo traku substrata.Šele ko je vsebnost kisika v koreninskem okolju vsaj nad 10 % (4~5 mg/L), se lahko aktivnost korenin ohranja v najboljšem stanju.

Koreninski sistem rastlin je zelo pomemben za rast rastlin in odpornost rastlin na bolezni.Voda in hranila bodo absorbirana glede na potrebe rastlin.Vseeno pa raven kisika v koreninskem okolju v veliki meri določa učinkovitost absorpcije hranil in vode ter kakovost koreninskega sistema.Zadostna raven kisika v okolju koreninskega sistema lahko zagotovi zdravje koreninskega sistema, tako da imajo rastline večjo odpornost proti patogenim mikroorganizmom (slika 3).Ustrezna raven kisika v substratu tudi zmanjša tveganje za anaerobne razmere, s čimer se zmanjša tveganje za patogene mikroorganizme.

Poraba kisika v koreninskem okolju

Največja poraba kisika pri pridelkih je lahko celo do 40 mg/m2/h (poraba je odvisna od pridelka).Odvisno od temperature lahko voda za namakanje vsebuje do 7~8 mg/L kisika (slika 4).Da bi dosegli 40 mg, je treba vsako uro dati 5 L vode, da bi zadostili povpraševanju po kisiku, vendar dejansko količina namakanja v enem dnevu morda ne bo dosežena.To pomeni, da ima kisik, ki ga zagotavlja namakanje, le majhno vlogo.Večina oskrbe s kisikom doseže območje korenin skozi pore v matriksu, prispevek oskrbe s kisikom skozi pore pa znaša kar 90 %, odvisno od časa dneva.Ko izhlapevanje rastlin doseže največjo količino, doseže največjo količino namakanja, kar je enako 1~1,5 L/m2/h.Če voda za namakanje vsebuje 7 mg/L kisika, bo zagotovila 7~11 mg/m2/h kisika za območje korenin.To je enakovredno 17–25 % povpraševanja.Seveda to velja le v primeru, da se s kisikom revna zalivna voda v substratu nadomesti s svežo zalivno vodo.

Mikroorganizmi v koreninskem okolju poleg porabe korenin porabljajo tudi kisik.To je težko količinsko opredeliti, ker v zvezi s tem ni bilo opravljenih nobenih meritev.Ker vsako leto zamenjamo nove substrate, lahko domnevamo, da imajo mikroorganizmi relativno majhno vlogo pri porabi kisika.

Optimizirajte okoljsko temperaturo korenin

Okoljska temperatura koreninskega sistema je zelo pomembna za normalno rast in delovanje koreninskega sistema, prav tako pa je pomemben dejavnik, ki vpliva na absorpcijo vode in hranil s strani koreninskega sistema.

Prenizka temperatura substrata (temperatura korenin) lahko povzroči težave pri vpijanju vode.Pri 5 ℃ je absorpcija 70 % ~ 80 % manjša kot pri 20 ℃.Če nizko temperaturo substrata spremlja visoka temperatura, bo to povzročilo venenje rastline.Absorpcija ionov je očitno odvisna od temperature, ki pri nizki temperaturi zavira absorpcijo ionov, občutljivost različnih hranilnih elementov na temperaturo pa je različna.

Tudi previsoka temperatura substrata je neuporabna in lahko povzroči prevelik koreninski sistem.Z drugimi besedami, pride do neuravnotežene porazdelitve suhe snovi v rastlinah.Ker je koreninski sistem prevelik, pride do nepotrebnih izgub z dihanjem in ta del izgubljene energije bi lahko porabili za žetveni del rastline.Pri višji temperaturi substrata je vsebnost raztopljenega kisika nižja, kar ima veliko večji vpliv na vsebnost kisika v koreninskem okolju kot kisik, ki ga porabijo mikroorganizmi.Koreninski sistem porabi veliko kisika, v primeru slabe strukture substrata ali tal pa pride celo do hipoksije, s čimer se zmanjša absorpcija vode in ionov.

Ohranjajte razumno sposobnost zadrževanja vode matrice.

Med vsebnostjo vode in odstotkom kisika v matriksu obstaja negativna korelacija.Ko se vsebnost vode poveča, se vsebnost kisika zmanjša in obratno.Obstaja kritično območje med vsebnostjo vode in kisikom v matriksu, to je 80 % ~ 85 % vsebnosti vode (slika 5).Dolgotrajno vzdrževanje vsebnosti vode nad 85 % v substratu bo vplivalo na oskrbo s kisikom.Večina oskrbe s kisikom (75 % ~ 90 %) je skozi pore v matriksu.

Dopolnitev namakanja glede na vsebnost kisika v substratu

Več sončne svetlobe bo povzročilo večjo porabo kisika in manjšo koncentracijo kisika v koreninah (slika 6), več sladkorja pa bo povečalo porabo kisika ponoči.Transpiracija je močna, vpojnost vode velika, v substratu je več zraka in več kisika.Na levi strani slike 7 je razvidno, da se bo vsebnost kisika v substratu po namakanju nekoliko povečala pod pogojem, da je sposobnost substrata za zadrževanje vode visoka in vsebnost zraka zelo nizka.Kot je prikazano na desni strani sl.7, pod pogojem relativno boljše osvetlitve, se vsebnost zraka v substratu poveča zaradi večje absorpcije vode (enaki časi namakanja).Relativni vpliv namakanja na vsebnost kisika v substratu je veliko manjši kot sposobnost zadrževanja vode (vsebnost zraka) v substratu.

Razpravljajte

Pri dejanski pridelavi je vsebnost kisika (zraka) v okolju korenin pridelka zlahka spregledana, vendar je pomemben dejavnik za zagotavljanje normalne rasti pridelkov in zdravega razvoja korenin.

Da bi dosegli največji donos med pridelavo pridelka, je zelo pomembno, da okolje koreninskega sistema čim bolj zaščitimo v najboljšem stanju.Študije so pokazale, da O₂Vsebnost v okolju koreninskega sistema pod 4 mg/L bo negativno vplivala na rast pridelka.O₂Na vsebnost v koreninskem okolju vpliva predvsem namakanje (količina in pogostost namakanja), struktura substrata, vsebnost vode v substratu, temperatura rastlinjaka in substrata, različni vzorci sajenja pa bodo različni.Alge in mikroorganizmi imajo tudi določeno povezavo z vsebnostjo kisika v koreninskem okolju hidroponskih posevkov.Hipoksija ne povzroča le počasnega razvoja rastlin, temveč tudi poveča pritisk koreninskih patogenov (pythium, phytophthora, fusarium) na rast korenin.

Strategija namakanja pomembno vpliva na O₂vsebnostjo v substratu, poleg tega pa je bolj nadzorovan način v procesu sajenja.Nekatere študije o sajenju vrtnic so pokazale, da lahko počasno povečevanje vsebnosti vode v substratu (zjutraj) doseže boljše stanje kisika.V substratu z nizko sposobnostjo zadrževanja vode lahko substrat ohranja visoko vsebnost kisika, hkrati pa se je treba z večjo pogostostjo namakanja in krajšimi intervali izogibati razliki vsebnosti vode med substrati.Manjša ko je sposobnost zadrževanja vode substratov, večja je razlika med substrati.Vlažna podlaga, manjša pogostost namakanja in daljši intervali zagotavljajo večjo zamenjavo zraka in ugodne kisikove razmere.

Drenaža substrata je še en dejavnik, ki ima velik vpliv na stopnjo obnavljanja in gradient koncentracije kisika v substratu, odvisno od vrste in sposobnosti zadrževanja vode substrata.Namakalna tekočina se ne sme predolgo zadrževati na dnu substrata, ampak jo je treba hitro izprazniti, da lahko sveža s kisikom obogatena zalivalna voda spet doseže dno substrata.Na hitrost drenaže lahko vplivamo z nekaterimi relativno enostavnimi ukrepi, kot je naklon substrata v vzdolžni in širinski smeri.Večji kot je naklon, večja je hitrost drenaže.Različne podlage imajo različne odprtine in tudi število izhodov je različno.

KONEC

[citirane informacije]

Xie Yuanpei.Učinki vsebnosti kisika v okolju v koreninah rastlinjakov na rast rastlin [J].Tehnologija kmetijske tehnike, 2022,42(31):21-24.