Технология на селскостопанската инженеринг на оранжерийната градинарство, публикувана в Пекин в 17:30 на 13 януари 2023 г.

Поглъщането на повечето хранителни елементи е процес, тясно свързан с метаболитните дейности на корените на растенията. Тези процеси изискват енергия, генерирана от дишането на кореновите клетки, а абсорбцията на вода също се регулира от температура и дишане, 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 вода се влияе от температурата и солеността и структурата на субстрата определя съдържанието на въздух в кореновата среда. Напояването има големи разлики в подновяването и допълването на съдържанието на кислород в субстратите с различни състояния на съдържанието на вода. Има много фактори за оптимизиране на съдържанието на кислород в кореновата среда, но степента на влияние на всеки фактор е доста различна. Поддържането на разумна способност за задържане на вода на субстрата (съдържание на въздух) е предположението за поддържане на високо съдържание на кислород в кореновата среда.

Ефекти 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 вода, а съдържанието на разтворен кислород във водата ще достигне максимума при определена температура, която е наситеното съдържание на 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 бистрата вода е по-високо от това на морската вода, съдържаща сол (фигура 1), така че наситеното съдържание на кислород в разтворите на хранителни вещества с различни концентрации ще бъде различно.

Транспортиране на кислород в матрица

Кислородът, който корените на парниковите култури могат да получат от хранителния разтвор, трябва да бъде в свободно състояние, а кислородът се транспортира в субстрата чрез въздух и вода и вода около корените. Когато е в равновесие със съдържанието на кислород във въздуха при дадена температура, кислородът, разтворен във водата, достига максималния, а промяната на съдържанието на кислород във въздуха ще доведе до пропорционалната промяна на съдържанието на кислород във водата.

Ефекти на напрежението на хипоксия в кореновата среда върху културите

Причини за кореновата хипоксия

Има няколко причини, поради които рискът от хипоксия в хидропониката и системите за отглеждане на субстрата е по -висок през лятото. На първо място, съдържанието на наситен кислород във водата ще намалее с повишаване на температурата. Второ, кислородът, необходим за поддържане на растежа на корените, се увеличава с повишаването на температурата. Освен това, количеството на усвояването на хранителни вещества е по -голямо през лятото, така че търсенето на кислород за усвояване на хранителни вещества е по -голямо. Това води до намаляване на съдържанието на кислород в кореновата среда и липсата на ефективна добавка, което води до хипоксия в кореновата среда.

Абсорбция и растеж

Абсорбцията на най -основните хранителни вещества зависи от процесите, тясно свързани с метаболизма на корените, които изискват енергията, генерирана от дишането на кореновите клетки, тоест разлагането на фотосинтетичните продукти в присъствието на кислород. Проучванията показват, че 10% ~ 20% от общите асимилати на доматените растения се използват в корени, 50% от които се използват за абсорбция на хранителни йони, 40% за растеж и само 10% за поддържане. Корените трябва да намерят кислород в директната среда, където пускат Co₂. При анаеробни условия, причинени от лоша вентилация в субстратите и хидропониката, хипоксията ще повлияе на усвояването на водата и хранителните вещества. Хипоксията има бърз отговор на активната абсорбция на хранителни вещества, а именно нитрат (не₃^-), калий (k) и фосфат (PO₄^3-), които ще попречат на пасивната абсорбция на калций (Са) и магнезий (mg).

Растежът на коренните растения 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 в фактор, ограничаващ метаболизма на кореновите клетки (хипоксия). Когато нивото на съдържание на кислород е ниско, растежът се забавя или дори спира. Ако частичната коренна хипоксия засяга само клони и листа, кореновата система може да компенсира частта от кореновата система, която вече не е активна по някаква причина чрез увеличаване на локалната абсорбция.

Метаболитният механизъм на растенията зависи от кислорода като акцептор на електрон. Без кислород производството на ATP ще спре. Без АТФ изтичането на протони от корените ще спре, клетъчният сок на кореновите клетки ще стане кисел и тези клетки ще умрат в рамките на няколко часа. Временната и краткосрочната хипоксия няма да причини необратим хранителен стрес при растенията. Поради механизма за дишане на нитрати, това може да бъде краткосрочна адаптация за справяне с хипоксията като алтернативен начин по време на кореновата хипоксия. Дългосрочната хипоксия обаче ще доведе до бавен растеж, намалена площ на листата и намаляване на прясното и сухо тегло, което ще доведе до значителен спад на добива на културите.

Етилен

Растенията ще образуват етилен in situ при много стрес. Обикновено етиленът се отстранява от корените, като се дифузират в почвения въздух. Когато се появи преодоляване, образуването на етилен не само ще се увеличи, но и дифузията ще бъде значително намалена, защото корените са заобиколени от вода. Увеличаването на концентрацията на етилен ще доведе до образуване на аерационна тъкан в корените (Фигура 2). Етиленът също може да причини стареене на листата, а взаимодействието между етилен и ауксин ще увеличи образуването на авантюристични корени.

Кислородният стрес води до намаляване на растежа на листата

ABA се произвежда в корени и оставя, за да се справи с различни екологични натоварвания. В кореновата среда типичният отговор на стреса е стомашното затваряне, което включва образуването на ABA. Преди да се затвори стомасите, горната част на растението губи налягане на подуване, горната листа се увяхва, а фотосинтетичната ефективност също може да намалее. Много проучвания показват, че стомасите реагират на увеличаването на концентрацията на ABA в апопласт чрез затваряне, тоест общото съдържание на ABA в не-листа чрез освобождаване на вътреклетъчен ABA, растенията могат да увеличат концентрацията на апопласт ABA много бързо. Когато растенията са подложени на екологичен стрес, те започват да отделят ABA в клетките и сигналът за освобождаване на корен може да се предава за минути вместо часове. Увеличаването на ABA в листната тъкан може да намали удължаването на клетъчната стена и да доведе до намаляване на удължаването на листата. Друг ефект на хипоксията е, че продължителността на листата е съкратена, което ще повлияе на всички листа. Хипоксията обикновено води до намаляване на транспорта на цитокинин и нитрат. Липсата на азот или цитокинин ще съкрати времето за поддържане на площта на листата 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 решаващи за разпределението на водата и кислорода. Концентрацията на кислород в кореновата среда на парниковите зеленчуци е свързана главно с капацитета на водата на субстрата, напояването (размер и честота), структурата на субстрата и температурата на лентата на субстрата. Само когато съдържанието на кислород в кореновата среда е поне над 10% (4 ~ 5 mg/L), коренната активност се поддържа в най -доброто състояние.

Коренната система на културите е много важна за растежа на растенията и устойчивостта на болести на растенията. Водата и хранителните вещества ще се абсорбират според нуждите на растенията. Въпреки това, нивото на кислород в кореновата среда до голяма степен определя ефективността на абсорбцията на хранителни вещества и вода и качеството на кореновата система. Достатъчното ниво на кислород в кореновата система може да гарантира здравето на кореновата система, така че растенията да имат по -добра устойчивост на патогенни микроорганизми (Фигура 3). Адекватното ниво на кислород в субстрата също свежда до минимум риска от анаеробни състояния, като по този начин минимизира риска от патогенни микроорганизми.

Консумация на кислород в кореновата среда

Максималната консумация на кислород на 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 достигне 40 mg, 5L вода трябва да се дава на всеки час, за да се отговори на търсенето на кислород, но всъщност може да не се достигне количеството на напояване в един ден. Това означава, че кислородът, осигурен от напояване, играе само малка роля. По -голямата част от снабдяването с кислород достига до кореновата зона през порите в матрицата, а приносът на снабдяването с кислород през порите е до 90%, в зависимост от времето на деня. Когато изпаряването на растенията достигне максимума, количеството на напояване също достига максимално, което е еквивалентно на 1 ~ 1,5L/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 търсенето. Разбира се, това се отнася само за ситуацията, че водата за напояване на кислород в субстрата се заменя с прясна вода за напояване.

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

Оптимизирайте температурата на корените на околната среда

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 водата и хранителните вещества чрез кореновата система.

Твърде ниската температура на субстрата (коренова температура) може да доведе до трудност при абсорбцията на водата. При 5 ℃ абсорбцията е 70% ~ 80% по -ниска, отколкото при 20 ℃. Ако ниската температура на субстрата е придружена от висока температура, това ще доведе до увяхване на растението. Поглъщането на йони очевидно зависи от температурата, която 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, в растенията има небалансирано разпределение на сухото вещество. Тъй като кореновата система е твърде голяма, ненужните загуби ще настъпят чрез дишане и тази част от загубената енергия можеше да се използва за частта на реколтата на растението. При по -висока температура на субстрата, съдържанието на разтворен кислород е по -ниско, което оказва много по -голямо влияние върху съдържанието на кислород в кореновата среда, отколкото кислородът, консумиран от микроорганизмите. Коренната система консумира много кислород и дори води до хипоксия в случай на лоша субстрат или структура на почвата, като по този начин намалява абсорбцията на вода и йони.

Поддържайте разумния капацитет за задържане на водата 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. В матрицата има критичен диапазон между съдържанието на вода и кислорода, тоест 80% ~ 85% съдържание на вода (Фигура 5). Дългосрочното поддържане на съдържанието на вода над 85% в субстрата ще повлияе на снабдяването с кислород. По -голямата част от снабдяването с кислород (75%~ 90%) е през порите в матрицата.

Допълване на напояване 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 от 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 водата на субстрата е висок и съдържанието на въздух е много ниско. Както е показано вдясно от фиг. 7, при условие на сравнително по -добро осветление, съдържанието на въздух в субстрата се увеличава поради повече абсорбция на вода (същите времена на напояване). Относителното влияние на напояването върху съдържанието на кислород в субстрата е много по -малко от капацитета за задържане на вода (съдържание на въздух) в субстрата.

Обсъдете

В действителното производство съдържанието на кислород (въздух) в кореновата среда на културите лесно се пренебрегва, но 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 околната среда на кореновата система в най -доброто състояние, доколкото е възможно. Проучванията показват, че O₂Съдържанието в средата на кореновата система под 4 mg/l ще има отрицателно въздействие върху растежа на културите. О₂Съдържанието в кореновата среда се влияе главно от напояване (количеството на напояване и честотата), структурата на субстрата, съдържанието на вода на субстрата, температурата на оранжерията и субстрата и различните модели на засаждане ще бъдат различни. Водораслите и микроорганизмите също имат определена връзка със съдържанието на кислород в кореновата среда на хидропонните култури. Хипоксията не само причинява бавното развитие на растенията, но също така увеличава налягането на кореновите патогени (Pythium, Phytophthora, Fusarium) върху растежа на корените.

Напоителната стратегия оказва значително влияние върху О₂Съдържание в субстрата, а също така е по -контролируем начин в процеса на засаждане. Някои проучвания за засаждане на рози са установили, че бавно увеличаването на съдържанието на вода в субстрата (сутрин) може да получи по -добро състояние на кислород. В субстрата с нисък капацитет за задържане на вода, субстратът може да поддържа високо съдържание на кислород и в същото време е необходимо да се избегне разликата в съдържанието на вода между субстратите чрез по -висока честота на напояване и по -кратък интервал. Колкото по -нисък е капацитетът за задържане на водата, толкова по -голяма е разликата между субстратите. Влажният субстрат, по -ниската честота на напояване и по -дългият интервал осигуряват повече подмяна на въздуха и благоприятни условия на кислород.

Отводването на субстрата е друг фактор, който оказва голямо влияние върху скоростта на подновяване и градиента на концентрацията на кислород в субстрата, в зависимост от вида и капацитета на задържане на водата на субстрата. Напоителната течност не трябва да остава на дъното на субстрата твърде дълго, но трябва да се изхвърля бързо, така че пресен, обогатен с напоителна вода, обогатена с кислород, може да достигне до дъното на субстрата отново. Скоростта на отводняване може да бъде повлияна от някои сравнително прости мерки, като например градиента на субстрата в посоката на надлъжната и ширината. Колкото по -голям е градиентът, толкова по -бърза е скоростта на дренаж. Различните субстрати имат различни отвори и броят на търговските обекти също е различен.

Край

[Информация за цитиране]

Xie Yuanpei. Ефекти на съдържанието на кислород в околната среда в корените на оранжериите върху растежа на културите [J]. Селскостопанска техника, 2022,42 (31): 21-24.