Агротехника на оранжерийното градинарство. Публикувано в Пекин в 17:30 на 13 януари 2023 г.

Усвояването на повечето хранителни елементи е процес, тясно свързан с метаболитната активност на корените на растенията. Тези процеси изискват енергия, генерирана от дишането на кореновите клетки, а усвояването на вода също се регулира от температурата и дишането, а дишането изисква участието на кислород, така че кислородът в кореновата среда има жизненоважно влияние върху нормалния растеж на културите. Съдържанието на разтворен кислород във водата се влияе от температурата и солеността, а структурата на субстрата определя съдържанието на въздух в кореновата среда. Напояването има големи разлики в обновяването и допълването на съдържанието на кислород в субстрати с различно водно съдържание. Има много фактори за оптимизиране на съдържанието на кислород в кореновата среда, но степента на влияние на всеки фактор е доста различна. Поддържането на разумен капацитет за задържане на вода (съдържание на въздух) на субстрата е предпоставка за поддържане на високо съдържание на кислород в кореновата среда.

Влияние на температурата и солеността върху съдържанието на наситен кислород в разтвора

Съдържание на разтворен кислород във вода

Разтвореният кислород се разтваря в несвързан или свободен кислород във водата, а съдържанието на разтворен кислород във водата ще достигне максимума си при определена температура, която е съдържанието на наситен кислород. Съдържанието на наситен кислород във водата се променя с температурата и когато температурата се повиши, съдържанието на кислород намалява. Съдържанието на наситен кислород в чистата вода е по-високо от това на морската вода, съдържаща сол (Фигура 1), така че съдържанието на наситен кислород в хранителните разтвори с различна концентрация ще бъде различно.

Транспорт на кислород в матрицата

Кислородът, който корените на оранжерийните култури могат да получат от хранителния разтвор, трябва да е в свободно състояние, а кислородът се транспортира в субстрата чрез въздуха и водата, както и водата около корените. Когато е в равновесие със съдържанието на кислород във въздуха при дадена температура, разтвореният във водата кислород достига максимума си и промяната в съдържанието на кислород във въздуха ще доведе до пропорционална промяна в съдържанието на кислород във водата.

Ефекти от хипоксичния стрес в кореновата среда върху културите

Причини за коренова хипоксия

Има няколко причини, поради които рискът от хипоксия в хидропонните и субстратните системи за отглеждане е по-висок през лятото. Първо, съдържанието на наситен кислород във водата намалява с повишаване на температурата. Второ, кислородът, необходим за поддържане на растежа на корените, се увеличава с повишаване на температурата. Освен това, количеството на усвоените хранителни вещества е по-високо през лятото, така че нуждата от кислород за усвояване на хранителни вещества е по-висока. Това води до намаляване на съдържанието на кислород в кореновата среда и липса на ефективни добавки, което води до хипоксия в кореновата среда.

Абсорбция и растеж

Усвояването на повечето основни хранителни вещества зависи от процесите, тясно свързани с метаболизма на корените, които изискват енергията, генерирана от дишането на кореновите клетки, т.е. разграждането на фотосинтетичните продукти в присъствието на кислород. Проучванията показват, че 10%~20% от общите асимилати на доматените растения се използват в корените, 50% от които се използват за усвояване на хранителни йони, 40% за растеж и само 10% за поддържане. Корените трябва да намират кислород в пряката среда, където отделят CO2.₂При анаеробни условия, причинени от лоша вентилация в субстрати и хидропоника, хипоксията ще повлияе на абсорбцията на вода и хранителни вещества. Хипоксията реагира бързо на активното усвояване на хранителни вещества, а именно нитрати (NO₃^-), калий (K) и фосфат (PO₄^3-), което ще попречи на пасивното усвояване на калций (Ca) и магнезий (Mg).

Растежът на корените на растенията се нуждае от енергия, нормалната коренова активност се нуждае от най-ниската концентрация на кислород, а концентрацията на кислород под стойността на COP се превръща във фактор, ограничаващ метаболизма на кореновите клетки (хипоксия). Когато нивото на съдържание на кислород е ниско, растежът се забавя или дори спира. Ако частичната коренова хипоксия засяга само клоните и листата, кореновата система може да компенсира частта от кореновата система, която по някаква причина вече не е активна, като увеличи локалното усвояване.

Метаболитният механизъм на растенията зависи от кислорода като акцептор на електрони. Без кислород, производството на АТФ ще спре. Без АТФ, изтичането на протони от корените ще спре, клетъчният сок на кореновите клетки ще стане киселинен и тези клетки ще умрат в рамките на няколко часа. Временната и краткосрочна хипоксия няма да причини необратим хранителен стрес у растенията. Поради механизма на „нитратно дишане“, може да се окаже краткосрочна адаптация за справяне с хипоксията като алтернативен начин по време на кореновата хипоксия. Дългосрочната хипоксия обаче ще доведе до забавен растеж, намалена листна площ и намалено свежо и сухо тегло, което ще доведе до значителен спад в добива.

Етилен

Растенията ще образуват етилен in situ при силен стрес. Обикновено етиленът се отстранява от корените чрез дифузия във въздуха на почвата. При преовлажняване, образуването на етилен не само ще се увеличи, но и дифузията ще бъде значително намалена, тъй като корените са заобиколени от вода. Увеличаването на концентрацията на етилен ще доведе до образуването на аерираща тъкан в корените (Фигура 2). Етиленът може също да причини стареене на листата, а взаимодействието между етилена и ауксина ще увеличи образуването на допълнителни корени.

Кислородният стрес води до намален растеж на листата

АБК се произвежда в корените и листата, за да се справи с различни стресови фактори на околната среда. В кореновата среда типичният отговор на стреса е затваряне на устицата, което включва образуването на АБК. Преди устицата да се затвори, горната част на растението губи налягане на подуване, горните листа увяхват и фотосинтетичната ефективност също може да намалее. Много изследвания показват, че устицата реагира на увеличаването на концентрацията на АБК в апопласта чрез затваряне, т.е. общото съдържание на АБК в нелистните части се освобождава чрез вътреклетъчна АБК. Растенията могат да увеличат концентрацията на АБК в апопласта много бързо. Когато растенията са под стрес от околната среда, те започват да освобождават АБК в клетките и сигналът за освобождаване от корените може да се предаде за минути, вместо за часове. Увеличаването на АБК в листната тъкан може да намали удължаването на клетъчната стена и да доведе до намаляване на удължаването на листата. Друг ефект от хипоксията е, че продължителността на живота на листата се скъсява, което ще засегне всички листа. Хипоксията обикновено води до намаляване на транспорта на цитокинини и нитрати. Липсата на азот или цитокинин ще съкрати времето за поддържане на листната площ и ще спре растежа на клоните и листата в рамките на няколко дни.

Оптимизиране на кислородната среда на кореновата система на културите

Характеристиките на субстрата са определящи за разпределението на водата и кислорода. Концентрацията на кислород в кореновата среда на оранжерийните зеленчуци е свързана главно с водозадържащия капацитет на субстрата, напояването (размер и честота), структурата на субстрата и температурата на лентите на субстрата. Само когато съдържанието на кислород в кореновата среда е поне над 10% (4~5 mg/L), кореновата активност може да се поддържа в най-добро състояние.

Кореновата система на културите е много важна за растежа на растенията и устойчивостта им на болести. Водата и хранителните вещества ще се абсорбират според нуждите на растенията. Нивото на кислород в кореновата среда обаче до голяма степен определя ефективността на абсорбция на хранителни вещества и вода, както и качеството на кореновата система. Достатъчното ниво на кислород в кореновата система може да осигури здравето на кореновата система, така че растенията да имат по-добра устойчивост на патогенни микроорганизми (Фигура 3). Адекватното ниво на кислород в субстрата също така минимизира риска от анаеробни условия, като по този начин се минимизира рискът от патогенни микроорганизми.

Консумация на кислород в кореновата среда

Максималната консумация на кислород от културите може да достигне 40 mg/m2/h (консумацията зависи от културите). В зависимост от температурата, водата за напояване може да съдържа до 7~8 mg/L кислород (Фигура 4). За да се достигнат 40 mg, трябва да се дават 5 L вода на всеки час, за да се задоволят нуждите от кислород, но всъщност количеството за напояване за един ден може да не бъде достигнато. Това означава, че кислородът, осигурен от напояването, играе само малка роля. По-голямата част от кислорода достига до кореновата зона през порите в матрицата, а приносът на кислорода през порите е до 90%, в зависимост от времето на деня. Когато изпарението на растенията достигне максимума, количеството за напояване също достига максимума, което е еквивалентно на 1~1,5 L/m2/h. Ако водата за напояване съдържа 7 mg/L кислород, тя ще осигури 7~11 mg/m2/h кислород за кореновата зона. Това е еквивалентно на 17%~25% от нуждите. Разбира се, това важи само за ситуацията, в която бедната на кислород поливна вода в субстрата се заменя с прясна поливна вода.

В допълнение към консумацията на корени, микроорганизмите в кореновата среда също консумират кислород. Трудно е да се определи количествено това, тъй като не са правени измервания в това отношение. Тъй като всяка година се заменят нови субстрати, може да се предположи, че микроорганизмите играят относително малка роля в консумацията на кислород.

Оптимизирайте температурата на околната среда на корените

Температурата на околната среда на кореновата система е много важна за нормалния растеж и функция на кореновата система, а също така е важен фактор, влияещ върху усвояването на вода и хранителни вещества от кореновата система.

Твърде ниската температура на субстрата (температура на корените) може да доведе до затруднено усвояване на вода. При 5℃ абсорбцията е със 70%~80% по-ниска, отколкото при 20℃. Ако ниската температура на субстрата е съпроводена с висока температура, това ще доведе до увяхване на растенията. Абсорбцията на йони очевидно зависи от температурата, което инхибира абсорбцията на йони при ниска температура, а чувствителността на различните хранителни елементи към температурата е различна.

Твърде високата температура на субстрата също е безполезна и може да доведе до твърде голяма коренова система. С други думи, има небалансирано разпределение на сухото вещество в растенията. Тъй като кореновата система е твърде голяма, ще възникнат ненужни загуби чрез дишане и тази част от загубената енергия би могла да бъде използвана за реколтата от растението. При по-висока температура на субстрата съдържанието на разтворен кислород е по-ниско, което има много по-голямо влияние върху съдържанието на кислород в кореновата среда, отколкото кислородът, консумиран от микроорганизмите. Кореновата система консумира много кислород и дори води до хипоксия в случай на лоша структура на субстрата или почвата, като по този начин намалява абсорбцията на вода и йони.

Поддържайте разумен капацитет за задържане на вода на матрицата.

Съществува отрицателна корелация между съдържанието на вода и процентното съдържание на кислород в матрицата. Когато съдържанието на вода се увеличи, съдържанието на кислород намалява и обратно. Съществува критичен диапазон между съдържанието на вода и кислород в матрицата, а именно 80%~85% съдържание на вода (Фигура 5). Дългосрочното поддържане на съдържание на вода над 85% в субстрата ще повлияе на снабдяването с кислород. По-голямата част от снабдяването с кислород (75%~90%) се осъществява през порите в матрицата.

Допълване на напояването за повишаване на съдържанието на кислород в субстрата

Повече слънчева светлина ще доведе до по-висока консумация на кислород и по-ниска концентрация на кислород в корените (Фигура 6), а повече захар ще направи консумацията на кислород по-висока през нощта. Транспирацията е силна, абсорбцията на вода е голяма и има повече въздух и повече кислород в субстрата. Отляво на Фигура 7 може да се види, че съдържанието на кислород в субстрата ще се увеличи леко след напояване, при условие че капацитетът за задържане на вода на субстрата е висок, а съдържанието на въздух е много ниско. Както е показано отдясно на Фиг. 7, при условие на относително по-добра осветеност, съдържанието на въздух в субстрата се увеличава поради по-голямото абсорбиране на вода (при еднакво време на напояване). Относителното влияние на напояването върху съдържанието на кислород в субстрата е далеч по-малко от капацитета за задържане на вода (съдържанието на въздух) в субстрата.

Обсъдете

В реалното производство съдържанието на кислород (въздух) в кореновата среда на културите лесно се пренебрегва, но то е важен фактор за осигуряване на нормалния растеж на културите и здравословното развитие на корените.

За да се получи максимален добив по време на производството на култури, е много важно да се защити кореновата система в най-добро състояние, доколкото е възможно. Проучванията показват, че O...₂Съдържанието на O в кореновата система под 4 mg/L ще има отрицателно въздействие върху растежа на културите.₂Съдържанието на кислород в кореновата среда се влияе главно от напояването (количество и честота на напояване), структурата на субстрата, водното съдържание на субстрата, температурата на оранжерията и субстрата, а различните модели на засаждане ще бъдат различни. Водораслите и микроорганизмите също имат известна връзка със съдържанието на кислород в кореновата среда на хидропонните култури. Хипоксията не само причинява бавно развитие на растенията, но и увеличава натиска на кореновите патогени (питиум, фитофтора, фузариум) върху растежа на корените.

Стратегията за напояване има значително влияние върху O₂съдържанието на вода в субстрата, а също така е и по-контролируем начин в процеса на засаждане. Някои проучвания върху засаждането на рози са установили, че бавното увеличаване на съдържанието на вода в субстрата (сутрин) може да доведе до по-добро кислородно състояние. В субстрат с нисък капацитет за задържане на вода, субстратът може да поддържа високо съдържание на кислород и същевременно е необходимо да се избягва разликата в съдържанието на вода между субстратите чрез по-висока честота на поливане и по-кратки интервали. Колкото по-нисък е капацитетът за задържане на вода на субстратите, толкова по-голяма е разликата между тях. Влажният субстрат, по-ниската честота на поливане и по-дългите интервали осигуряват по-голяма смяна на въздуха и благоприятни кислородни условия.

Дренажът на субстрата е друг фактор, който има голямо влияние върху скоростта на обновяване и градиента на концентрация на кислород в субстрата, в зависимост от вида и водозадържащия капацитет на субстрата. Течността за напояване не трябва да се задържа твърде дълго на дъното на субстрата, а трябва да се изпуска бързо, така че прясната, обогатена с кислород вода за напояване да може отново да достигне дъното на субстрата. Скоростта на дренаж може да бъде повлияна чрез някои сравнително прости мерки, като например наклона на субстрата в надлъжна и напречна посока. Колкото по-голям е наклонът, толкова по-бърза е скоростта на дренаж. Различните субстрати имат различни отвори, а броят на изходите също е различен.

КРАЙ

[информация за цитиране]

Сие Юанпей. Влияние на съдържанието на кислород в околната среда в корените на оранжерийни култури върху растежа на културите [J]. Селскостопанска инженерна технология, 2022,42(31):21-24.