Teknologi Kejuruteraan Pertanian Greenhouse GardeningPublished di Beijing pada pukul 17:30 pada 13 Januari, 2023.

Penyerapan unsur -unsur nutrien yang paling banyak adalah proses yang berkait rapat dengan aktiviti metabolik akar tumbuhan. Proses ini memerlukan tenaga yang dihasilkan oleh pernafasan sel akar, dan penyerapan air juga dikawal oleh suhu dan pernafasan, dan pernafasan memerlukan penyertaan oksigen, jadi oksigen dalam persekitaran akar mempunyai kesan penting terhadap pertumbuhan normal tanaman. Kandungan oksigen terlarut dalam air dipengaruhi oleh suhu dan kemasinan, dan struktur substrat menentukan kandungan udara dalam persekitaran akar. Pengairan mempunyai perbezaan yang besar dalam pembaharuan dan tambahan kandungan oksigen dalam substrat dengan keadaan kandungan air yang berbeza. Terdapat banyak faktor untuk mengoptimumkan kandungan oksigen dalam persekitaran akar, tetapi tahap pengaruh setiap faktor agak berbeza. Mengekalkan kapasiti pemegangan air substrat yang munasabah (kandungan udara) adalah premis mengekalkan kandungan oksigen yang tinggi dalam persekitaran akar.

Kesan suhu dan kemasinan pada kandungan oksigen tepu dalam larutan

Kandungan oksigen terlarut di dalam air

Oksigen terlarut dibubarkan dalam oksigen yang tidak terkawal atau bebas di dalam air, dan kandungan oksigen terlarut di dalam air akan mencapai maksimum pada suhu tertentu, iaitu kandungan oksigen tepu. Kandungan oksigen tepu dalam perubahan air dengan suhu, dan apabila suhu meningkat, kandungan oksigen berkurangan. Kandungan oksigen tepu air jernih adalah lebih tinggi daripada air laut yang mengandungi garam (Rajah1), jadi kandungan oksigen tepu penyelesaian nutrien dengan kepekatan yang berbeza akan berbeza.

Pengangkutan oksigen dalam matriks

Oksigen yang akar tanaman rumah hijau dapat dari larutan nutrien mesti berada dalam keadaan bebas, dan oksigen diangkut di substrat melalui udara dan air dan air di sekitar akar. Apabila ia berada dalam keseimbangan dengan kandungan oksigen di udara pada suhu tertentu, oksigen yang dibubarkan di dalam air mencapai maksimum, dan perubahan kandungan oksigen di udara akan membawa kepada perubahan berkadar kandungan oksigen di dalam air.

Kesan tekanan hipoksia dalam persekitaran akar pada tanaman

Punca hipoksia akar

Terdapat beberapa sebab mengapa risiko hipoksia dalam sistem penanaman hidroponik dan substrat lebih tinggi pada musim panas. Pertama sekali, kandungan oksigen tepu dalam air akan berkurangan apabila suhu meningkat. Kedua, oksigen yang diperlukan untuk mengekalkan pertumbuhan akar meningkat dengan peningkatan suhu. Selain itu, jumlah penyerapan nutrien lebih tinggi pada musim panas, jadi permintaan oksigen untuk penyerapan nutrien lebih tinggi. Ia membawa kepada penurunan kandungan oksigen dalam persekitaran akar dan kekurangan suplemen yang berkesan, yang membawa kepada hipoksia dalam persekitaran akar.

Penyerapan dan pertumbuhan

Penyerapan nutrien yang paling penting bergantung kepada proses yang berkait rapat dengan metabolisme akar, yang memerlukan tenaga yang dihasilkan oleh pernafasan sel akar, iaitu penguraian produk fotosintesis dengan kehadiran oksigen. Kajian telah menunjukkan bahawa 10% ~ 20% daripada jumlah asimilasi tumbuhan tomato digunakan dalam akar, 50% daripadanya digunakan untuk penyerapan ion nutrien, 40% untuk pertumbuhan dan hanya 10% untuk penyelenggaraan. Akar mesti mencari oksigen di persekitaran langsung di mana mereka melepaskan Co₂. Di bawah keadaan anaerobik yang disebabkan oleh pengudaraan yang lemah dalam substrat dan hidroponik, hipoksia akan menjejaskan penyerapan air dan nutrien. Hipoksia mempunyai tindak balas yang cepat terhadap penyerapan nutrien aktif, iaitu nitrat (tidak₃^-), kalium (k) dan fosfat (PO₄^3-), yang akan mengganggu penyerapan pasif kalsium (Ca) dan magnesium (mg).

Pertumbuhan akar tumbuhan memerlukan tenaga, aktiviti akar normal memerlukan kepekatan oksigen terendah, dan kepekatan oksigen di bawah nilai COP menjadi faktor yang mengehadkan metabolisme sel akar (hipoksia). Apabila tahap kandungan oksigen rendah, pertumbuhan melambatkan atau berhenti. Jika hipoksia akar separa hanya mempengaruhi cawangan dan daun, sistem akar dapat mengimbangi bahagian sistem akar yang tidak lagi aktif untuk beberapa sebab dengan meningkatkan penyerapan tempatan.

Mekanisme metabolik tumbuhan bergantung kepada oksigen sebagai penerima elektron. Tanpa oksigen, pengeluaran ATP akan berhenti. Tanpa ATP, aliran keluar proton dari akar akan berhenti, sel sel akar akan menjadi berasid, dan sel -sel ini akan mati dalam masa beberapa jam. Hipoksia sementara dan jangka pendek tidak akan menyebabkan tekanan pemakanan yang tidak dapat dipulihkan dalam tumbuh-tumbuhan. Kerana mekanisme "pernafasan nitrat", ia mungkin penyesuaian jangka pendek untuk mengatasi hipoksia sebagai cara alternatif semasa hipoksia akar. Walau bagaimanapun, hipoksia jangka panjang akan membawa kepada pertumbuhan yang perlahan, penurunan kawasan daun dan menurunkan berat badan segar dan kering, yang akan membawa kepada penurunan yang ketara dalam hasil tanaman.

Etilena

Tumbuhan akan membentuk etilena di situ di bawah banyak tekanan. Biasanya, etilena dikeluarkan dari akar dengan meresap ke udara tanah. Apabila air berlaku, pembentukan etilena tidak hanya akan meningkat, tetapi juga penyebaran akan dikurangkan kerana akar dikelilingi oleh air. Peningkatan kepekatan etilena akan membawa kepada pembentukan tisu pengudaraan dalam akar (Rajah 2). Ethylene juga boleh menyebabkan penuaan daun, dan interaksi antara etilena dan auxin akan meningkatkan pembentukan akar -akar yang bercita -cita.

Tekanan oksigen membawa kepada penurunan pertumbuhan daun

ABA dihasilkan dalam akar dan daun untuk mengatasi pelbagai tekanan alam sekitar. Dalam persekitaran akar, tindak balas tipikal terhadap tekanan adalah penutupan stomatal, yang melibatkan pembentukan ABA. Sebelum stomata ditutup, bahagian atas tumbuhan kehilangan tekanan bengkak, daun atas layu, dan kecekapan fotosintesis juga boleh berkurangan. Banyak kajian telah menunjukkan bahawa stomata bertindak balas terhadap peningkatan kepekatan ABA dalam apoplast dengan menutup, iaitu, jumlah kandungan ABA dalam tidak berair dengan melepaskan ABA intraselular, tumbuh-tumbuhan dapat meningkatkan kepekatan apoplast ABA dengan cepat. Apabila tumbuh -tumbuhan berada di bawah tekanan alam sekitar, mereka mula melepaskan ABA dalam sel, dan isyarat pelepasan akar boleh dihantar dalam beberapa minit dan bukannya jam. Peningkatan ABA dalam tisu daun dapat mengurangkan pemanjangan dinding sel dan menyebabkan penurunan pemanjangan daun. Satu lagi kesan hipoksia ialah jangka hayat daun dipendekkan, yang akan menjejaskan semua daun. Hipoksia biasanya membawa kepada penurunan pengangkutan sitokinin dan nitrat. Kekurangan nitrogen atau sitokinin akan memendekkan masa penyelenggaraan kawasan daun dan menghentikan pertumbuhan cawangan dan daun dalam masa beberapa hari.

Mengoptimumkan persekitaran oksigen sistem akar tanaman

Ciri -ciri substrat adalah tegas untuk pengagihan air dan oksigen. Kepekatan oksigen dalam persekitaran akar sayur -sayuran rumah hijau terutamanya berkaitan dengan kapasiti pegangan air substrat, pengairan (saiz dan kekerapan), struktur substrat dan suhu jalur substrat. Hanya apabila kandungan oksigen dalam persekitaran akar sekurang -kurangnya di atas10% (4 ~ 5mg/l) boleh aktiviti akar dikekalkan dalam keadaan terbaik.

Sistem akar tanaman sangat penting untuk pertumbuhan tumbuhan dan rintangan penyakit tumbuhan. Air dan nutrien akan diserap mengikut keperluan tumbuhan. Walau bagaimanapun, tahap oksigen dalam persekitaran akar sebahagian besarnya menentukan kecekapan penyerapan nutrien dan air dan kualiti sistem akar. Tahap oksigen yang mencukupi dalam persekitaran sistem akar dapat memastikan kesihatan sistem akar, sehingga tumbuh -tumbuhan mempunyai ketahanan yang lebih baik terhadap mikroorganisma patogen (Rajah 3). Tahap oksigen yang mencukupi dalam substrat juga meminimumkan risiko keadaan anaerobik, dengan itu meminimumkan risiko mikroorganisma patogen.

Penggunaan oksigen dalam persekitaran akar

Penggunaan oksigen maksimum tanaman boleh setinggi 40mg/m2/h (penggunaan bergantung kepada tanaman). Bergantung pada suhu, air pengairan mungkin mengandungi sehingga 7 ~ 8mg/l oksigen (Rajah 4). Untuk mencapai 40 mg, 5L air mesti diberikan setiap jam untuk memenuhi permintaan oksigen, tetapi sebenarnya, jumlah pengairan dalam satu hari tidak dapat dicapai. Ini bermakna bahawa oksigen yang disediakan oleh pengairan hanya memainkan peranan kecil. Kebanyakan bekalan oksigen mencapai zon akar melalui liang dalam matriks, dan sumbangan bekalan oksigen melalui liang adalah setinggi 90%, bergantung pada waktu siang. Apabila penyejatan tumbuhan mencapai maksimum, jumlah pengairan juga mencapai maksimum, yang bersamaan dengan 1 ~ 1.5L/m2/h. Jika air pengairan mengandungi oksigen 7mg/l, ia akan menyediakan oksigen 7 ~ 11mg/m2/h untuk zon akar. Ini bersamaan dengan 17% ~ 25% daripada permintaan. Sudah tentu, ini hanya terpakai kepada keadaan bahawa air pengairan yang miskin oksigen dalam substrat digantikan oleh air pengairan segar.

Sebagai tambahan kepada penggunaan akar, mikroorganisma dalam persekitaran akar juga mengambil oksigen. Adalah sukar untuk mengukur ini kerana tiada pengukuran telah dibuat dalam hal ini. Oleh kerana substrat baru diganti setiap tahun, dapat diandaikan bahawa mikroorganisma memainkan peranan yang agak kecil dalam penggunaan oksigen.

Mengoptimumkan suhu alam sekitar akar

Suhu alam sekitar sistem akar sangat penting untuk pertumbuhan dan fungsi normal sistem akar, dan ia juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi penyerapan air dan nutrien oleh sistem akar.

Suhu substrat terlalu rendah (suhu akar) boleh menyebabkan kesukaran dalam penyerapan air. Pada 5 ℃, penyerapan adalah 70% ~ 80% lebih rendah daripada pada 20 ℃. Sekiranya suhu substrat yang rendah disertai dengan suhu yang tinggi, ia akan membawa kepada loji tumbuhan. Penyerapan ion jelas bergantung kepada suhu, yang menghalang penyerapan ion pada suhu rendah, dan kepekaan unsur nutrien yang berlainan kepada suhu adalah berbeza.

Suhu substrat yang terlalu tinggi juga tidak berguna, dan boleh menyebabkan sistem akar yang terlalu besar. Dalam erti kata lain, terdapat pengagihan bahan kering yang tidak seimbang di dalam tumbuhan. Kerana sistem akar terlalu besar, kerugian yang tidak perlu akan berlaku melalui pernafasan, dan bahagian tenaga yang hilang ini dapat digunakan untuk bahagian panen tumbuhan. Pada suhu substrat yang lebih tinggi, kandungan oksigen terlarut lebih rendah, yang mempunyai kesan yang lebih besar terhadap kandungan oksigen dalam persekitaran akar daripada oksigen yang digunakan oleh mikroorganisma. Sistem akar menggunakan banyak oksigen, dan bahkan membawa kepada hipoksia dalam kes substrat atau struktur tanah yang lemah, sehingga mengurangkan penyerapan air dan ion.

Mengekalkan kapasiti pegangan air yang munasabah matriks.

Terdapat korelasi negatif antara kandungan air dan kandungan peratusan oksigen dalam matriks. Apabila kandungan air meningkat, kandungan oksigen berkurangan, dan sebaliknya. Terdapat julat kritikal antara kandungan air dan oksigen dalam matriks, iaitu, 80% ~ 85% kandungan air (Rajah 5). Penyelenggaraan jangka panjang kandungan air melebihi 85% dalam substrat akan menjejaskan bekalan oksigen. Kebanyakan bekalan oksigen (75%~ 90%) adalah melalui liang dalam matriks.

Tambahan pengairan ke kandungan oksigen dalam substrat

Lebih banyak cahaya matahari akan membawa kepada penggunaan oksigen yang lebih tinggi dan kepekatan oksigen yang lebih rendah dalam akar (Rajah 6), dan lebih banyak gula akan menjadikan penggunaan oksigen lebih tinggi pada waktu malam. Transpirasi kuat, penyerapan air adalah besar, dan terdapat lebih banyak udara dan lebih banyak oksigen dalam substrat. Ia dapat dilihat dari sebelah kiri Rajah 7 bahawa kandungan oksigen dalam substrat akan meningkat sedikit selepas pengairan di bawah keadaan bahawa kapasiti memegang air substrat adalah tinggi dan kandungan udara sangat rendah. Seperti yang ditunjukkan di sebelah kanan Fig. 7, di bawah keadaan pencahayaan yang lebih baik, kandungan udara dalam substrat meningkat disebabkan oleh lebih banyak penyerapan air (masa pengairan yang sama). Pengaruh relatif pengairan pada kandungan oksigen dalam substrat adalah jauh lebih rendah daripada kapasiti pegangan air (kandungan udara) dalam substrat.

Membincangkan

Dalam pengeluaran sebenar, kandungan oksigen (udara) dalam persekitaran akar tanaman mudah diabaikan, tetapi ia merupakan faktor penting untuk memastikan pertumbuhan tanaman yang normal dan perkembangan akar yang sihat.

Untuk mendapatkan hasil maksimum semasa pengeluaran tanaman, sangat penting untuk melindungi persekitaran sistem akar dalam keadaan terbaik sebanyak mungkin. Kajian telah menunjukkan bahawa o₂Kandungan dalam persekitaran sistem akar di bawah 4mg/L akan memberi kesan negatif terhadap pertumbuhan tanaman. O₂Kandungan dalam persekitaran akar terutamanya dipengaruhi oleh pengairan (jumlah pengairan dan kekerapan), struktur substrat, kandungan air substrat, suhu rumah hijau dan substrat, dan corak penanaman yang berbeza akan berbeza. Alga dan mikroorganisma juga mempunyai hubungan tertentu dengan kandungan oksigen dalam persekitaran akar tanaman hidroponik. Hipoksia bukan sahaja menyebabkan perkembangan tumbuhan yang perlahan, tetapi juga meningkatkan tekanan patogen akar (Pythium, Phytophthora, Fusarium) pada pertumbuhan akar.

Strategi pengairan mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap O₂Kandungan dalam substrat, dan ia juga merupakan cara yang lebih terkawal dalam proses penanaman. Sesetengah kajian penanaman meningkat telah mendapati bahawa perlahan -lahan meningkatkan kandungan air dalam substrat (pada waktu pagi) boleh mendapatkan keadaan oksigen yang lebih baik. Dalam substrat dengan kapasiti pegangan air yang rendah, substrat dapat mengekalkan kandungan oksigen yang tinggi, dan pada masa yang sama, adalah perlu untuk mengelakkan perbezaan kandungan air antara substrat melalui kekerapan pengairan yang lebih tinggi dan selang yang lebih pendek. Semakin rendah kapasiti pegangan air substrat, semakin besar perbezaan antara substrat. Substrat lembap, kekerapan pengairan yang lebih rendah dan selang masa yang lebih panjang memastikan lebih banyak penggantian udara dan keadaan oksigen yang menggalakkan.

Saliran substrat adalah faktor lain yang mempunyai pengaruh yang besar terhadap kadar pembaharuan dan kecerunan kepekatan oksigen dalam substrat, bergantung kepada jenis dan kapasiti pegangan air substrat. Cecair pengairan tidak boleh tinggal di bahagian bawah substrat terlalu lama, tetapi harus dilepaskan dengan cepat supaya air pengairan yang diperkayakan oksigen segar dapat mencapai bahagian bawah substrat lagi. Kelajuan saliran boleh dipengaruhi oleh beberapa langkah yang agak mudah, seperti kecerunan substrat dalam arah membujur dan lebar. Semakin besar kecerunan, semakin cepat kelajuan saliran. Substrat yang berbeza mempunyai bukaan yang berbeza dan bilangan cawangan juga berbeza.

Akhir

[Maklumat Petikan]

Xie Yuanpei. Kesan kandungan oksigen alam sekitar dalam akar tanaman rumah hijau pada pertumbuhan tanaman [J]. Teknologi Kejuruteraan Pertanian, 2022,42 (31): 21-24.