Jordbruksteknisk teknologi for drivhushagearbeidPublisert i Beijing kl. 17:30 den 13. januar 2023.

Absorpsjonen av de fleste næringsstoffer er en prosess som er nært knyttet til planterøttenes metabolske aktivitet. Disse prosessene krever energi generert av rotcellenes respirasjon, og vannabsorpsjonen reguleres også av temperatur og respirasjon, og respirasjonen krever deltakelse av oksygen, så oksygen i rotmiljøet har en viktig innvirkning på normal vekst av avlinger. Innholdet av oppløst oksygen i vann påvirkes av temperatur og saltinnhold, og substratstrukturen bestemmer luftinnholdet i rotmiljøet. Vanning har store forskjeller i fornyelse og tilskudd av oksygeninnhold i substrater med forskjellige vanninnholdstilstander. Det er mange faktorer for å optimalisere oksygeninnholdet i rotmiljøet, men påvirkningsgraden av hver faktor er ganske forskjellig. Å opprettholde rimelig substratets vannholdende kapasitet (luftinnhold) er forutsetningen for å opprettholde høyt oksygeninnhold i rotmiljøet.

Effekter av temperatur og saltinnhold på mettet oksygeninnhold i løsning

Oppløst oksygeninnhold i vann

Oppløst oksygen er oppløst i ubundet eller fritt oksygen i vann, og innholdet av oppløst oksygen i vann vil nå maksimum ved en viss temperatur, som er det mettede oksygeninnholdet. Det mettede oksygeninnholdet i vann endres med temperaturen, og når temperaturen øker, synker oksygeninnholdet. Det mettede oksygeninnholdet i klart vann er høyere enn i saltholdig sjøvann (figur 1), så det mettede oksygeninnholdet i næringsløsninger med forskjellige konsentrasjoner vil være forskjellig.

Transport av oksygen i matriks

Oksygenet som røttene til drivhusvekster kan få fra næringsløsningen må være i fri tilstand, og oksygen transporteres i substratet gjennom luft og vann og vann rundt røttene. Når det er i likevekt med oksygeninnholdet i luften ved en gitt temperatur, når oksygenet som er oppløst i vann maksimalt, og endringen i oksygeninnholdet i luften vil føre til en proporsjonal endring av oksygeninnholdet i vann.

Effekter av hypoksistress i rotmiljøet på avlinger

Årsaker til rothypoksi

Det er flere grunner til at risikoen for hypoksi i hydroponikk og substratdyrkingssystemer er høyere om sommeren. For det første vil det mettede oksygeninnholdet i vann synke når temperaturen stiger. For det andre øker oksygenbehovet for å opprettholde rotvekst med økende temperatur. Videre er mengden næringsopptak høyere om sommeren, slik at behovet for oksygen for næringsopptak er høyere. Dette fører til redusert oksygeninnhold i rotmiljøet og mangel på effektivt tilskudd, noe som fører til hypoksi i rotmiljøet.

Absorpsjon og vekst

Absorpsjonen av de fleste essensielle næringsstoffer avhenger av prosessene som er nært knyttet til rotmetabolismen, som krever energien som genereres av rotcellenes respirasjon, det vil si nedbrytning av fotosyntetiske produkter i nærvær av oksygen. Studier har vist at 10–20 % av de totale assimilatene i tomatplanter brukes i røttene, hvorav 50 % brukes til absorpsjon av næringsioner, 40 % til vekst og bare 10 % til vedlikehold. Røtter må finne oksygen i det direkte miljøet der de frigjør CO₂.₂Under anaerobe forhold forårsaket av dårlig ventilasjon i substrater og hydroponikk, vil hypoksi påvirke absorpsjonen av vann og næringsstoffer. Hypoksi reagerer raskt på aktiv absorpsjon av næringsstoffer, nemlig nitrat (NO₃^-), kalium (K) og fosfat (PO₄^3-), som vil forstyrre den passive absorpsjonen av kalsium (Ca) og magnesium (Mg).

Planterøttvekst trenger energi, normal rotaktivitet trenger den laveste oksygenkonsentrasjonen, og oksygenkonsentrasjonen under COP-verdien blir en faktor som begrenser rotcellemetabolismen (hypoksi). Når oksygeninnholdet er lavt, bremses veksten eller stopper til og med opp. Hvis delvis rothypoksi bare påvirker grener og blader, kan rotsystemet kompensere for den delen av rotsystemet som ikke lenger er aktiv av en eller annen grunn ved å øke den lokale absorpsjonen.

Plantens metabolske mekanisme er avhengig av oksygen som elektronakseptor. Uten oksygen vil ATP-produksjonen stoppe. Uten ATP vil utstrømningen av protoner fra røttene stoppe, cellesaften i rotcellene vil bli sur, og disse cellene vil dø i løpet av få timer. Midlertidig og kortvarig hypoksi vil ikke forårsake irreversibel ernæringsstress hos planter. På grunn av "nitratrespirasjons"-mekanismen kan det være en kortsiktig tilpasning for å håndtere hypoksi som en alternativ måte under rothypoksi. Imidlertid vil langsiktig hypoksi føre til langsom vekst, redusert bladareal og redusert fersk- og tørrvekt, noe som vil føre til en betydelig nedgang i avlingene.

Etylen

Planter vil danne etylen in situ under mye stress. Vanligvis fjernes etylen fra røttene ved å diffundere ut i jordluften. Når det oppstår vannlogging, vil dannelsen av etylen ikke bare øke, men diffusjonen vil også reduseres kraftig fordi røttene er omgitt av vann. Økningen i etylenkonsentrasjonen vil føre til dannelse av luftingsvev i røttene (figur 2). Etylen kan også forårsake bladaldring, og samspillet mellom etylen og auxin vil øke dannelsen av tilfeldige røtter.

Oksygenstress fører til redusert bladvekst

ABA produseres i røtter og blader for å takle ulike miljøpåvirkninger. I rotmiljøet er den typiske responsen på stress lukking av stomata, som involverer dannelse av ABA. Før stomata lukkes, mister plantens topp svulmetrykk, de øverste bladene visner, og fotosynteseeffektiviteten kan også reduseres. Mange studier har vist at stomata reagerer på økningen av ABA-konsentrasjon i apoplast ved å lukke seg, det vil si det totale ABA-innholdet i ikke-blader ved å frigjøre intracellulær ABA. Planter kan øke konsentrasjonen av apoplast-ABA veldig raskt. Når planter er under miljøstress, begynner de å frigjøre ABA i celler, og rotfrigjøringssignalet kan overføres i løpet av minutter i stedet for timer. Økningen av ABA i bladvev kan redusere forlengelsen av celleveggen og føre til redusert bladforlengelse. En annen effekt av hypoksi er at bladenes levetid forkortes, noe som vil påvirke alle blader. Hypoksi fører vanligvis til reduksjon av cytokinin- og nitrattransport. Mangel på nitrogen eller cytokinin vil forkorte vedlikeholdstiden for bladarealet og stoppe veksten av grener og blader i løpet av få dager.

Optimalisering av oksygenmiljøet i avlingens rotsystem

Substratets egenskaper er avgjørende for fordelingen av vann og oksygen. Oksygenkonsentrasjonen i rotmiljøet til drivhusgrønnsaker er hovedsakelig relatert til substratets vannholdende kapasitet, vanning (størrelse og hyppighet), substratstruktur og substratstripetemperatur. Bare når oksygeninnholdet i rotmiljøet er minst over 10 % (4~5 mg/L), kan rotaktiviteten opprettholdes på best mulig måte.

Rotsystemet til planter er svært viktig for plantevekst og plantesykdomsresistens. Vann og næringsstoffer absorberes i henhold til plantenes behov. Oksygennivået i rotmiljøet bestemmer imidlertid i stor grad absorpsjonseffektiviteten til næringsstoffer og vann og kvaliteten på rotsystemet. Tilstrekkelig oksygennivå i rotsystemmiljøet kan sikre rotsystemets helse, slik at planter har bedre motstand mot patogene mikroorganismer (figur 3). Tilstrekkelig oksygennivå i substratet minimerer også risikoen for anaerobe forhold, og dermed minimerer risikoen for patogene mikroorganismer.

Oksygenforbruk i rotmiljøet

Maksimalt oksygenforbruk for avlinger kan være så høyt som 40 mg/m2/t (forbruket avhenger av avlingen). Avhengig av temperaturen kan vanningsvannet inneholde opptil 7–8 mg/l oksygen (figur 4). For å nå 40 mg må 5 l vann gis hver time for å dekke oksygenbehovet, men faktisk kan vanningsmengden på én dag ikke nås. Dette betyr at oksygenet som gis av vanning bare spiller en liten rolle. Mesteparten av oksygentilførselen når rotsonen gjennom porer i matrisen, og bidraget fra oksygentilførsel gjennom porene er så høyt som 90 %, avhengig av tidspunktet på dagen. Når fordampningen av planter når maksimum, når også vanningsmengden maksimum, som tilsvarer 1–1,5 l/m2/t. Hvis vanningsvannet inneholder 7 mg/l oksygen, vil det gi 7–11 mg/m2/t oksygen til rotsonen. Dette tilsvarer 17–25 % av behovet. Dette gjelder selvsagt bare i den situasjonen at det oksygenfattige vanningsvannet i substratet erstattes av friskt vanningsvann.

I tillegg til forbruket av røtter, forbruker mikroorganismer i rotmiljøet også oksygen. Det er vanskelig å tallfeste dette fordi det ikke er gjort noen målinger i denne forbindelse. Siden nye substrater erstattes hvert år, kan det antas at mikroorganismer spiller en relativt liten rolle i oksygenforbruket.

Optimaliser røttenes omgivelsestemperatur

Miljøtemperaturen til rotsystemet er svært viktig for normal vekst og funksjon av rotsystemet, og det er også en viktig faktor som påvirker absorpsjonen av vann og næringsstoffer av rotsystemet.

For lav substrattemperatur (rottemperatur) kan føre til vanskeligheter med vannabsorpsjon. Ved 5 ℃ er absorpsjonen 70 %–80 % lavere enn ved 20 ℃. Hvis lav substrattemperatur er ledsaget av høy temperatur, vil det føre til visning av planten. Ioneabsorpsjon avhenger åpenbart av temperaturen, noe som hemmer ioneabsorpsjon ved lav temperatur, og følsomheten til forskjellige næringsstoffer for temperatur er forskjellig.

For høy substrattemperatur er også ubrukelig, og kan føre til et for stort rotsystem. Med andre ord er det en ubalansert fordeling av tørrstoff i planter. Fordi rotsystemet er for stort, vil det oppstå unødvendige tap gjennom respirasjon, og denne delen av den tapte energien kunne ha blitt brukt til innhøstingsdelen av planten. Ved høyere substrattemperatur er innholdet av oppløst oksygen lavere, noe som har mye større innvirkning på oksygeninnholdet i rotmiljøet enn oksygenet som forbrukes av mikroorganismer. Rotsystemet forbruker mye oksygen, og fører til og med til hypoksi ved dårlig substrat- eller jordstruktur, og reduserer dermed absorpsjonen av vann og ioner.

Oppretthold matrisens rimelige vannholdende kapasitet.

Det er en negativ korrelasjon mellom vanninnholdet og prosentvis oksygeninnhold i matrisen. Når vanninnholdet øker, synker oksygeninnholdet, og omvendt. Det er et kritisk område mellom vanninnhold og oksygen i matrisen, det vil si 80 %~85 % vanninnhold (figur 5). Langvarig opprettholdelse av et vanninnhold over 85 % i substratet vil påvirke oksygentilførselen. Mesteparten av oksygentilførselen (75 %~90 %) skjer gjennom porene i matrisen.

Tilskudd av vanning til oksygeninnhold i substratet

Mer sollys vil føre til høyere oksygenforbruk og lavere oksygenkonsentrasjon i røttene (figur 6), og mer sukker vil gjøre oksygenforbruket høyere om natten. Transpirasjonen er sterk, vannabsorpsjonen er stor, og det er mer luft og mer oksygen i substratet. Det kan sees fra venstre side av figur 7 at oksygeninnholdet i substratet vil øke litt etter vanning under forutsetning av at substratets vannholdende kapasitet er høy og luftinnholdet er svært lavt. Som vist til høyre i figur 7, øker luftinnholdet i substratet under forhold med relativt bedre belysning på grunn av mer vannabsorpsjon (samme vanningstider). Den relative påvirkningen av vanning på oksygeninnholdet i substratet er langt mindre enn vannholdende kapasitet (luftinnhold) i substratet.

Diskutere

I selve produksjonen blir oksygeninnholdet (luft) i rotmiljøet til avlingene lett oversett, men det er en viktig faktor for å sikre normal vekst av avlinger og sunn utvikling av røtter.

For å oppnå maksimal avling under avlingsproduksjon er det svært viktig å beskytte rotsystemets miljø i best mulig stand. Studier har vist at O₂Et innhold i rotsystemet under 4 mg/L vil ha en negativ innvirkning på avlingsveksten. O₂Oksygeninnholdet i rotmiljøet påvirkes hovedsakelig av vanning (vanningsmengde og -frekvens), substratstruktur, vanninnhold i substratet, drivhus- og substrattemperatur, og ulike plantemønstre vil være forskjellige. Alger og mikroorganismer har også et visst forhold til oksygeninnholdet i rotmiljøet til hydroponiske avlinger. Hypoksi forårsaker ikke bare langsom utvikling av planter, men øker også presset fra rotpatogener (pythium, phytophthora, fusarium) på rotveksten.

Vanningsstrategi har en betydelig innflytelse på O₂innhold i substratet, og det er også en mer kontrollerbar måte i planteprosessen. Noen roseplantestudier har funnet at det å øke vanninnholdet i substratet sakte (om morgenen) kan gi en bedre oksygentilstand. I substrat med lav vannholdingskapasitet kan substratet opprettholde et høyt oksygeninnhold, og samtidig er det nødvendig å unngå forskjellen i vanninnhold mellom substratene gjennom høyere vanningsfrekvens og kortere intervaller. Jo lavere vannholdingskapasitet substratene har, desto større er forskjellen mellom substratene. Fuktig substrat, lavere vanningsfrekvens og lengre intervaller sikrer mer luftutskifting og gunstige oksygenforhold.

Dreneringen av substratet er en annen faktor som har stor innflytelse på fornyelseshastigheten og oksygenkonsentrasjonsgradienten i substratet, avhengig av substratets type og vannholdingskapasitet. Vanningsvæske bør ikke bli liggende for lenge på bunnen av substratet, men bør tømmes raskt slik at friskt oksygenberiket vanningsvann kan nå bunnen av substratet igjen. Dreneringshastigheten kan påvirkes av noen relativt enkle tiltak, som substratets gradient i lengderetningen og bredderetningen. Jo større gradienten er, desto raskere er dreneringshastigheten. Ulike substrater har forskjellige åpninger, og antallet utløp er også forskjellig.

SLUTT

[sitasjonsinformasjon]

Xie Yuanpei. Effekter av oksygeninnhold i miljøet i røtter av veksthusvekster på vekst [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(31):21-24.