Landbruksteknisk teknologi for drivhushagearbeid Publisert i Beijing kl. 17:30 13. januar 2023.

Absorpsjonen av de fleste næringselementer er en prosess som er nært knyttet til de metabolske aktivitetene til planterøtter.Disse prosessene krever energi generert av rotcelle-respirasjon, og vannabsorpsjon reguleres også av temperatur og respirasjon, og respirasjon krever deltakelse av oksygen, så oksygen i rotmiljøet har en viktig innvirkning på den normale veksten av avlinger.Innholdet av løst oksygen i vann påvirkes av temperatur og saltholdighet, og strukturen til substratet bestemmer luftinnholdet i rotmiljøet.Vanning har store forskjeller i fornyelse og tilskudd av oksygeninnhold i substrater med ulike vanninnholdstilstander.Det er mange faktorer for å optimalisere oksygeninnholdet i rotmiljøet, men påvirkningsgraden til hver faktor er ganske forskjellig.Opprettholde rimelig substratvannholdeevne (luftinnhold) er forutsetningen for å opprettholde høyt oksygeninnhold i rotmiljøet.

Effekter av temperatur og saltholdighet på mettet oksygeninnhold i løsning

Innhold av oppløst oksygen i vann

Oppløst oksygen løses opp i ubundet eller fritt oksygen i vann, og innholdet av oppløst oksygen i vann vil nå maksimum ved en viss temperatur, som er innholdet av mettet oksygen.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 matrise

Oksygenet som drivhusplanterøtter kan få fra næringsløsning 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 luft ved en gitt temperatur, når oksygenet oppløst i vann maksimum, og endringen av oksygeninnholdet i luft vil føre til proporsjonal endring av oksygeninnholdet i vann.

Effekter av hypoksi-stress i rotmiljø 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 avta når temperaturen stiger.For det andre øker oksygenet som kreves for å opprettholde rotvekst med økningen i temperaturen.Videre er mengden næringsopptak høyere om sommeren, så oksygenbehovet for næringsopptak er høyere.Det fører til reduksjon av oksygeninnhold i rotmiljøet og mangel på effektivt tilskudd, noe som fører til hypoksi i rotmiljøet.

Absorpsjon og vekst

Absorpsjonen av de fleste essensielle næringsstoffene avhenger av prosessene som er nært knyttet til rotmetabolismen, som krever energien som genereres av rotcelleånding, det vil si nedbrytning av fotosyntetiske produkter i nærvær av oksygen.Studier har vist at 10%~20% av de totale assimilatene av tomatplanter brukes i røtter, hvorav 50% brukes til opptak av næringsioner, 40% til vekst og bare 10% til vedlikehold.Røttene må finne oksygen i det direkte miljøet der de frigjør CO₂.Under anaerobe forhold forårsaket av dårlig ventilasjon i underlag og hydroponikk vil hypoksi påvirke opptaket av vann og næringsstoffer.Hypoksi har en rask respons 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).

Planterotvekst 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 til og med stopper.Hvis delvis rothypoksi kun rammer greiner og blader, kan rotsystemet kompensere for den delen av rotsystemet som av en eller annen grunn ikke lenger er aktiv ved å øke det lokale opptaket.

Plantens metabolske mekanisme avhenger av oksygen som elektronakseptor.Uten oksygen vil ATP-produksjonen stoppe.Uten ATP vil utstrømmingen av protoner fra røttene stoppe, cellesaften til rotcellene blir sur, og disse cellene vil dø i løpet av få timer.Midlertidig og kortvarig hypoksi vil ikke forårsake irreversibelt ernæringsstress hos planter.På grunn av "nitratrespirasjonsmekanismen" kan det være en kortsiktig tilpasning for å takle hypoksi som en alternativ måte under rothypoksi.Imidlertid vil langvarig hypoksi føre til langsom vekst, redusert bladareal og redusert fersk- og tørrvekt, noe som vil føre til en betydelig nedgang i avlingsavlingen.

Etylen

Planter vil danne etylen in situ under mye stress.Vanligvis fjernes etylen fra røttene ved å diffundere inn i jordluften.Når det oppstår vannlogging vil ikke bare dannelsen av etylen øke, men også diffusjonen reduseres kraftig fordi røttene er omgitt av vann.Økningen av etylenkonsentrasjon vil føre til dannelse av luftevev 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 miljøpåkjenninger.I rotmiljøet er den typiske responsen på stress stomatal lukking, som involverer dannelsen av ABA.Før stomata lukkes, mister toppen av planten svellingstrykk, toppbladene visner, og fotosynteseeffektiviteten kan også avta.Mange studier har vist at stomata reagerer på økningen av ABA-konsentrasjon i apoplast ved å lukke, 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 cellene, og rotfrigjøringssignalet kan overføres på minutter i stedet for timer.Økningen av ABA i bladvev kan redusere forlengelsen av celleveggen og føre til reduksjon av bladforlengelsen.En annen effekt av hypoksi er at levetiden til bladene forkortes, noe som vil påvirke alle bladene.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 avlingsrotsystemet

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

Rotsystemet til avlinger er svært viktig for plantevekst og resistens mot plantesykdommer.Vann og næringsstoffer vil bli absorbert i henhold til plantenes behov.Oksygennivået i rotmiljøet bestemmer imidlertid i stor grad absorpsjonseffektiviteten av næringsstoffer og vann og kvaliteten på rotsystemet.Tilstrekkelig oksygennivå i rotsystemmiljøet kan sikre helsen til rotsystemet, slik at plantene har bedre motstand mot sykdomsfremkallende mikroorganismer (Figur 3).Tilstrekkelig oksygennivå i underlaget minimerer også risikoen for anaerobe forhold, og minimerer dermed risikoen for patogene mikroorganismer.

Oksygenforbruk i rotmiljø

Det maksimale oksygenforbruket til avlinger kan være så høyt som 40mg/m2/t (forbruket avhenger av avlingene).Avhengig av temperaturen kan vanningsvannet inneholde opptil 7~8mg/L oksygen (Figur 4).For å nå 40 mg, må 5L vann gis hver time for å dekke oksygenbehovet, men faktisk kan vanningsmengden på en dag ikke nås.Dette betyr at oksygenet fra vanning spiller bare en liten rolle.Det meste av oksygentilførselen når rotsonen gjennom porene i matrisen, og bidraget av oksygentilførselen gjennom porene er så høyt som 90 %, avhengig av tidspunktet på døgnet.Når fordampningen av planter når maksimum, når vanningsmengden også maksimum, som tilsvarer 1~1,5L/m2/t.Hvis vanningsvannet inneholder 7mg/L oksygen, vil det gi 7~11mg/m2/h oksygen til rotsonen.Dette tilsvarer 17%~25% av etterspørselen.Dette gjelder selvsagt kun den situasjonen at det oksygenfattige vanningsvannet i substratet erstattes med ferskvann.

I tillegg til forbruket av røtter, bruker mikroorganismer i rotmiljøet også oksygen.Det er vanskelig å kvantifisere dette fordi det ikke er foretatt noen måling i denne forbindelse.Siden nye substrater skiftes ut hvert år, kan det antas at mikroorganismer spiller en relativt liten rolle i oksygenforbruket.

Optimaliser omgivelsestemperaturen til røttene

Omgivelsestemperaturen i rotsystemet er svært viktig for normal vekst og funksjon av rotsystemet, og det er også en viktig faktor som påvirker opptak av vann og næringsstoffer i 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 at planten visner.Ioneabsorpsjon avhenger selvsagt av temperatur, noe som hemmer ioneabsorpsjon ved lav temperatur, og følsomheten til forskjellige næringselementer for temperatur er forskjellig.

For høy substrattemperatur er også ubrukelig, og kan føre til for stort rotsystem.Det er med andre ord en ubalansert fordeling av tørrstoff i planter.Fordi rotsystemet er for stort vil det oppstå unødvendige tap ved respirasjon, og denne delen av den tapte energien kunne vært brukt til høstedelen 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 rimelig vannholdekapasitet til matrisen.

Det er en negativ korrelasjon mellom vanninnholdet og prosentandelen av oksygen 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).Langsiktig vedlikehold av vanninnhold over 85 % i underlaget vil påvirke oksygentilførselen.Det meste av oksygentilførselen (75%~90%) er gjennom porene i matrisen.

Tilskudd av vanning til oksygeninnhold i substrat

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 underlaget.Det kan ses fra venstre i figur 7 at oksygeninnholdet i substratet vil øke noe etter vanning under forutsetning av at substratets vannholdingsevne er høy og luftinnholdet er svært lavt.Som vist til høyre på fig.7, under forhold med relativt bedre belysning, øker luftinnholdet i substratet på grunn av mer vannabsorpsjon (samme vanningstider).Den relative påvirkningen av vanning på oksygeninnholdet i substratet er langt mindre enn vannholdeevnen (luftinnholdet) i substratet.

Diskutere

I den faktiske produksjonen blir innholdet av oksygen (luft) i rotmiljøet lett oversett, men det er en viktig faktor for å sikre normal vekst av avlinger og sunn utvikling av røtter.

For å oppnå maksimalt utbytte under avlingsproduksjon er det svært viktig å beskytte rotsystemmiljøet i best mulig stand så mye som mulig.Studier har vist at O₂innhold i rotsystemmiljøet under 4mg/L vil ha en negativ innvirkning på avlingsveksten.O₂innhold i rotmiljøet er i hovedsak påvirket av vanning (vanningsmengde og frekvens), substratstruktur, substratvanninnhold, 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 trykket av rotpatogener (pythium, phytophthora, fusarium) på rotvekst.

Vanningsstrategi har en betydelig innflytelse på O₂innhold i underlaget, og det er også en mer kontrollerbar måte i planteprosessen.Noen roseplantingsstudier har funnet at sakte økende vanninnhold i substratet (om morgenen) kan få en bedre oksygentilstand.I substratet med lav vannholdende kapasitet kan substratet opprettholde høyt oksygeninnhold, og samtidig er det nødvendig å unngå forskjell i vanninnhold mellom substratene gjennom høyere vanningsfrekvens og kortere intervall.Jo lavere vannholdende kapasitet til substrater, jo større er forskjellen mellom substrater.Fuktig underlag, lavere vanningsfrekvens og lengre intervall sørger for 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 vannholdende kapasitet.Vanningsvæske bør ikke ligge for lenge i bunnen av substratet, men bør slippes ut raskt slik at friskt oksygenanriket vanningsvann kan nå bunnen av substratet igjen.Dreneringshastigheten kan påvirkes av noen relativt enkle tiltak, som underlagets gradient i lengde- og bredderetning.Jo større gradient, jo raskere dreneringshastighet.Ulike underlag har ulike åpninger og antall uttak er også forskjellig.

SLUTT

[sitatinformasjon]

Xie Yuanpei.Effekter av miljømessig oksygeninnhold i drivhusplanterøtter på avlingsvekst [J].Agricultural Engineering Technology, 2022,42(31):21-24.