Poľnohospodárska technika skleníkového záhradníctva Publikované v Pekingu o 17:30 dňa 13. januára 2023.

Absorpcia väčšiny živín je proces úzko súvisiaci s metabolickými aktivitami koreňov rastlín.Tieto procesy vyžadujú energiu generovanú dýchaním koreňových buniek a absorpcia vody je tiež regulovaná teplotou a dýchaním a dýchanie vyžaduje účasť kyslíka, takže kyslík v koreňovom prostredí má zásadný vplyv na normálny rast plodín.Obsah rozpusteného kyslíka vo vode je ovplyvnený teplotou a slanosťou a štruktúra substrátu určuje obsah vzduchu v koreňovom prostredí.Závlaha má veľké rozdiely v obnove a doplnení obsahu kyslíka v substrátoch s rôznym stavom obsahu vody.Existuje mnoho faktorov na optimalizáciu obsahu kyslíka v koreňovom prostredí, ale stupeň vplyvu každého faktora je značne odlišný.Udržiavanie primeranej schopnosti substrátu zadržiavať vodu (obsah vzduchu) je predpokladom udržania vysokého obsahu kyslíka v koreňovom prostredí.

Vplyv teploty a slanosti na obsah nasýteného kyslíka v roztoku

Obsah rozpusteného kyslíka vo vode

Rozpustený kyslík je rozpustený v neviazanom alebo voľnom kyslíku vo vode a obsah rozpusteného kyslíka vo vode dosiahne maximum pri určitej teplote, ktorou je obsah nasýteného kyslíka.Obsah nasýteného kyslíka vo vode sa mení s teplotou a keď teplota stúpa, obsah kyslíka klesá.Obsah nasýteného kyslíka v čistej vode je vyšší ako v morskej vode s obsahom soli (obrázok 1), takže obsah nasýteného kyslíka v živných roztokoch s rôznymi koncentráciami bude odlišný.

Transport kyslíka v matrici

Kyslík, ktorý môžu korene skleníkových plodín získať zo živného roztoku, musí byť vo voľnom stave a kyslík sa v substráte prenáša vzduchom a vodou a vodou okolo koreňov.Keď je pri danej teplote v rovnováhe s obsahom kyslíka vo vzduchu, kyslík rozpustený vo vode dosiahne maximum a zmena obsahu kyslíka vo vzduchu povedie k úmernej zmene obsahu kyslíka vo vode.

Účinky hypoxického stresu v koreňovom prostredí na plodiny

Príčiny koreňovej hypoxie

Existuje niekoľko dôvodov, prečo je riziko hypoxie v hydropónii a systémoch kultivácie substrátu v lete vyššie.Po prvé, obsah nasýteného kyslíka vo vode sa zníži so zvyšujúcou sa teplotou.Po druhé, kyslík potrebný na udržanie rastu koreňov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.Okrem toho je množstvo absorpcie živín vyššie v lete, takže potreba kyslíka na absorpciu živín je vyššia.Vedie k zníženiu obsahu kyslíka v koreňovom prostredí a nedostatku účinného doplnku, čo vedie k hypoxii koreňového prostredia.

Absorpcia a rast

Absorpcia väčšiny základných živín závisí od procesov úzko súvisiacich s metabolizmom koreňov, ktoré si vyžadujú energiu generovanú dýchaním koreňových buniek, teda rozklad produktov fotosyntézy za prítomnosti kyslíka.Štúdie ukázali, že 10% ~ 20% celkových asimilátov rastlín rajčiaka sa používa v koreňoch, z ktorých 50% sa používa na absorpciu iónov živín, 40% na rast a iba 10% na údržbu.Korene musia nájsť kyslík v priamom prostredí, kde uvoľňujú CO₂.V anaeróbnych podmienkach spôsobených zlou ventiláciou v substrátoch a hydropóniou ovplyvní hypoxia absorpciu vody a živín.Hypoxia rýchlo reaguje na aktívnu absorpciu živín, konkrétne dusičnanov (NO₃^-), draslík (K) a fosforečnan (PO₄^3-), čo bude interferovať s pasívnou absorpciou vápnika (Ca) a horčíka (Mg).

Rast koreňov rastlín potrebuje energiu, normálna činnosť koreňov potrebuje najnižšiu koncentráciu kyslíka a koncentrácia kyslíka pod hodnotou COP sa stáva faktorom obmedzujúcim metabolizmus koreňových buniek (hypoxia).Keď je obsah kyslíka nízky, rast sa spomalí alebo dokonca zastaví.Ak čiastočná koreňová hypoxia postihuje iba konáre a listy, koreňový systém môže kompenzovať časť koreňového systému, ktorá už z nejakého dôvodu nie je aktívna, zvýšením lokálnej absorpcie.

Metabolický mechanizmus rastlín závisí od kyslíka ako akceptora elektrónov.Bez kyslíka sa produkcia ATP zastaví.Bez ATP sa zastaví odtok protónov z koreňov, bunková šťava koreňových buniek sa okyslí a tieto bunky v priebehu niekoľkých hodín odumrú.Dočasná a krátkodobá hypoxia nespôsobí u rastlín nezvratný nutričný stres.Kvôli mechanizmu „dusičnanového dýchania“ môže ísť o krátkodobú adaptáciu na zvládnutie hypoxie ako alternatívny spôsob počas koreňovej hypoxie.Dlhodobá hypoxia však povedie k pomalému rastu, zníženiu listovej plochy a zníženiu čerstvej a suchej hmotnosti, čo povedie k výraznému poklesu úrody.

Etylén

Rastliny vytvoria etylén in situ pod veľkým stresom.Zvyčajne sa etylén odstraňuje z koreňov difúziou do pôdneho vzduchu.Keď dôjde k podmáčaniu, tvorba etylénu sa nielen zvýši, ale značne sa zníži aj difúzia, pretože korene sú obklopené vodou.Zvýšenie koncentrácie etylénu povedie k vytvoreniu prevzdušňovacieho tkaniva v koreňoch (obrázok 2).Etylén môže tiež spôsobiť starnutie listov a interakcia medzi etylénom a auxínom zvýši tvorbu náhodných koreňov.

Kyslíkový stres vedie k zníženiu rastu listov

ABA sa produkuje v koreňoch a listoch, aby sa vyrovnali s rôznymi environmentálnymi stresmi.V koreňovom prostredí je typickou reakciou na stres uzavretie prieduchov, ktoré zahŕňa tvorbu ABA.Pred uzavretím prieduchov vrchná časť rastliny stratí tlak napučiavania, vrchné listy vädnú a môže sa znížiť aj fotosyntetická účinnosť.Mnohé štúdie ukázali, že prieduchy reagujú na zvýšenie koncentrácie ABA v apoplaste uzavretím, teda celkovým obsahom ABA v nelistoch uvoľnením intracelulárnej ABA, rastliny dokážu veľmi rýchlo zvýšiť koncentráciu apoplastu ABA.Keď sú rastliny pod environmentálnym stresom, začnú uvoľňovať ABA v bunkách a signál uvoľnenia koreňov sa môže preniesť v priebehu niekoľkých minút namiesto hodín.Zvýšenie ABA v tkanive listov môže znížiť predĺženie bunkovej steny a viesť k zníženiu predĺženia listov.Ďalším účinkom hypoxie je skrátenie životnosti listov, čo ovplyvní všetky listy.Hypoxia zvyčajne vedie k zníženiu transportu cytokinínov a nitrátov.Nedostatok dusíka alebo cytokinínu skráti čas údržby listovej plochy a zastaví rast konárov a listov v priebehu niekoľkých dní.

Optimalizácia kyslíkového prostredia koreňového systému plodín

Pre distribúciu vody a kyslíka sú rozhodujúce vlastnosti substrátu.Koncentrácia kyslíka v koreňovom prostredí skleníkovej zeleniny súvisí najmä so schopnosťou substrátu zadržiavať vodu, závlahou (veľkosťou a frekvenciou), štruktúrou substrátu a teplotou pásu substrátu.Iba vtedy, keď je obsah kyslíka v koreňovom prostredí aspoň nad 10% (4~5 mg/l), môže byť koreňová aktivita udržiavaná v najlepšom stave.

Koreňový systém plodín je veľmi dôležitý pre rast rastlín a odolnosť rastlín voči chorobám.Voda a živiny budú absorbované podľa potrieb rastlín.Úroveň kyslíka v koreňovom prostredí však do značnej miery určuje účinnosť absorpcie živín a vody a kvalitu koreňového systému.Dostatočná hladina kyslíka v prostredí koreňového systému môže zabezpečiť zdravie koreňového systému, takže rastliny majú lepšiu odolnosť voči patogénnym mikroorganizmom (obrázok 3).Dostatočná hladina kyslíka v substráte tiež minimalizuje riziko anaeróbnych podmienok, čím sa minimalizuje riziko patogénnych mikroorganizmov.

Spotreba kyslíka v koreňovom prostredí

Maximálna spotreba kyslíka plodín môže byť až 40 mg/m2/h (spotreba závisí od plodín).V závislosti od teploty môže zavlažovacia voda obsahovať až 7~8 mg/l kyslíka (obrázok 4).Na dosiahnutie 40 mg je potrebné podať 5 l vody každú hodinu, aby sa pokryla potreba kyslíka, ale v skutočnosti sa množstvo zavlažovania za jeden deň nemusí dosiahnuť.To znamená, že kyslík poskytovaný zavlažovaním zohráva len malú úlohu.Väčšina prísunu kyslíka sa dostáva do koreňovej zóny cez póry v matrici a príspevok zásobovania kyslíkom cez póry je až 90% v závislosti od dennej doby.Keď vyparovanie rastlín dosiahne maximum, množstvo závlahy tiež dosiahne maximum, čo je ekvivalent 1~1,5L/m2/h.Ak zavlažovacia voda obsahuje 7 mg/l kyslíka, poskytne 7~11 mg/m2/h kyslíka pre koreňovú zónu.To zodpovedá 17 % až 25 % dopytu.Samozrejme to platí len pre situáciu, že závlahovú vodu chudobnú na kyslík v substráte nahradí čerstvá závlahová voda.

Mikroorganizmy v koreňovom prostredí spotrebúvajú okrem koreňov aj kyslík.Je ťažké to kvantifikovať, pretože v tomto ohľade nebolo vykonané žiadne meranie.Keďže sa každý rok vymieňajú nové substráty, dá sa predpokladať, že mikroorganizmy zohrávajú v spotrebe kyslíka relatívne malú úlohu.

Optimalizujte teplotu prostredia koreňov

Teplota prostredia koreňového systému je veľmi dôležitá pre normálny rast a funkciu koreňového systému a je tiež dôležitým faktorom ovplyvňujúcim vstrebávanie vody a živín koreňovým systémom.

Príliš nízka teplota podkladu (teplota koreňa) môže viesť k ťažkostiam so vstrebávaním vody.Pri 5 ℃ je absorpcia o 70 % ~ 80 % nižšia ako pri 20 ℃.Ak je nízka teplota substrátu sprevádzaná vysokou teplotou, povedie to k vädnutiu rastlín.Absorpcia iónov samozrejme závisí od teploty, ktorá bráni absorpcii iónov pri nízkej teplote, a citlivosť rôznych živných prvkov na teplotu je rôzna.

Príliš vysoká teplota substrátu je tiež zbytočná a môže viesť k príliš veľkému koreňovému systému.Inými slovami, v rastlinách je nevyvážená distribúcia sušiny.Pretože koreňový systém je príliš veľký, dochádza k zbytočným stratám dýchaním a táto časť stratenej energie sa mohla použiť na zberovú časť rastliny.Pri vyššej teplote substrátu je obsah rozpusteného kyslíka nižší, čo má oveľa väčší vplyv na obsah kyslíka v koreňovom prostredí ako kyslík spotrebovaný mikroorganizmami.Koreňový systém spotrebuje veľa kyslíka a v prípade zlej štruktúry substrátu alebo pôdy dokonca vedie k hypoxii, čím sa znižuje absorpcia vody a iónov.

Udržujte primeranú schopnosť matrice zadržiavať vodu.

Medzi obsahom vody a percentuálnym obsahom kyslíka v matrici existuje negatívna korelácia.Keď sa obsah vody zvýši, obsah kyslíka sa zníži a naopak.Existuje kritický rozsah medzi obsahom vody a kyslíka v matrici, to znamená 80 % až 85 % obsahom vody (obrázok 5).Dlhodobé udržiavanie obsahu vody v substráte nad 85 % ovplyvní prísun kyslíka.Väčšina prísunu kyslíka (75%~90%) je cez póry v matrici.

Doplnenie závlahy k obsahu kyslíka v substráte

Viac slnečného svetla povedie k vyššej spotrebe kyslíka a nižšej koncentrácii kyslíka v koreňoch (obrázok 6) a viac cukru zvýši spotrebu kyslíka v noci.Transpirácia je silná, absorpcia vody je veľká a v substráte je viac vzduchu a viac kyslíka.Zľava na obrázku 7 je možné vidieť, že obsah kyslíka v substráte sa po zavlažovaní mierne zvýši pod podmienkou, že schopnosť substrátu zadržiavať vodu je vysoká a obsah vzduchu je veľmi nízky.Ako je znázornené na pravej strane obr.7, za podmienky relatívne lepšieho osvetlenia sa zvyšuje obsah vzduchu v substráte v dôsledku väčšej absorpcie vody (rovnaké časy zavlažovania).Relatívny vplyv zavlažovania na obsah kyslíka v substráte je oveľa menší ako kapacita zadržiavania vody (obsah vzduchu) v substráte.

Diskutujte

Pri skutočnej produkcii je obsah kyslíka (vzduchu) v prostredí koreňov plodín ľahko prehliadnuteľný, ale je dôležitým faktorom na zabezpečenie normálneho rastu plodín a zdravého vývoja koreňov.

Pre získanie maximálneho výnosu pri pestovaní plodín je veľmi dôležité chrániť prostredie koreňového systému v čo najlepšom stave.Štúdie ukázali, že O₂obsah v prostredí koreňového systému pod 4 mg/l bude mať negatívny vplyv na rast plodín.O₂obsah v koreňovom prostredí je ovplyvnený najmä závlahou (množstvo a frekvencia závlahy), štruktúrou substrátu, obsahom vody v substráte, teplotou skleníka a substrátu a rôzne vzory výsadby sa budú líšiť.Riasy a mikroorganizmy majú tiež určitý vzťah s obsahom kyslíka v koreňovom prostredí hydroponických plodín.Hypoxia spôsobuje nielen pomalý vývoj rastlín, ale zvyšuje aj tlak koreňových patogénov (pythium, phytophthora, fusarium) na rast koreňov.

Stratégia zavlažovania má významný vplyv na O₂obsahu v substráte a je to tiež kontrolovateľnejší spôsob v procese výsadby.Niektoré štúdie pestovania ruží zistili, že pomalým zvyšovaním obsahu vody v substráte (ráno) možno dosiahnuť lepší stav kyslíka.V substráte s nízkou schopnosťou zadržiavať vodu si substrát dokáže udržať vysoký obsah kyslíka a zároveň je potrebné vyhnúť sa rozdielom v obsahu vody medzi substrátmi vyššou frekvenciou závlahy a kratším intervalom.Čím nižšia je schopnosť substrátov zadržiavať vodu, tým väčší je rozdiel medzi substrátmi.Vlhký substrát, nižšia frekvencia zavlažovania a dlhší interval zaisťujú väčšiu výmenu vzduchu a priaznivé kyslíkové podmienky.

Odvodnenie substrátu je ďalším faktorom, ktorý má veľký vplyv na rýchlosť obnovy a gradient koncentrácie kyslíka v substráte v závislosti od typu a vododržnosti substrátu.Závlahová kvapalina by nemala zostať na dne substrátu príliš dlho, ale mala by sa rýchlo vypustiť, aby sa čerstvá závlahová voda obohatená kyslíkom opäť dostala na dno substrátu.Rýchlosť odvodnenia je možné ovplyvniť niektorými relatívne jednoduchými opatreniami, ako je spád podkladu v pozdĺžnom a šírkovom smere.Čím väčší je spád, tým vyššia je rýchlosť odtoku.Rôzne substráty majú rôzne otvory a počet vývodov je tiež rôzny.

KONIEC

[citačné informácie]

Xie Yuanpei.Účinky obsahu kyslíka v prostredí v koreňoch skleníkových plodín na rast plodín [J].Technológia poľnohospodárskej techniky, 2022,42(31):21-24.