Агротехнічна технологія тепличного садівництваОпубліковано в Пекіні о 17:30 13 січня 2023 року.

Поглинання більшості поживних елементів є процесом, тісно пов'язаним з метаболічною діяльністю коренів рослин.Ці процеси вимагають енергії, що виробляється диханням кореневих клітин, а поглинання води також регулюється температурою та диханням, а дихання вимагає участі кисню, тому кисень у кореневому середовищі має життєво важливий вплив на нормальний ріст культур.На вміст розчиненого кисню у воді впливають температура і солоність, а структура субстрату визначає вміст повітря в кореневому середовищі.Зрошення має великі відмінності в оновленні та доповненні вмісту кисню в субстратах з різним станом вмісту води.Існує багато факторів для оптимізації вмісту кисню в кореневому середовищі, але ступінь впливу кожного фактора досить різна.Підтримка прийнятної водоутримуючої здатності субстрату (вміст повітря) є передумовою підтримки високого вмісту кисню в кореневому середовищі.

Вплив температури та солоності на вміст насиченого кисню в розчині

Вміст розчиненого кисню у воді

Розчинений кисень розчиняється у незв’язаному або вільному кисні у воді, а вміст розчиненого кисню у воді досягає максимуму при певній температурі, яка є вмістом насиченого кисню.Вміст насиченої води киснем змінюється з температурою, а коли температура підвищується, вміст кисню зменшується.Вміст насиченого кисню в чистій воді вищий, ніж у морській воді, що містить сіль (рис. 1), тому вміст насиченого кисню в поживних розчинах різної концентрації буде різним.

Транспорт кисню в матриці

Кисень, який коріння тепличних культур можуть отримувати з поживного розчину, повинен бути у вільному стані, а кисень транспортується в субстрат через повітря, воду та воду навколо коренів.Коли він знаходиться в рівновазі з вмістом кисню в повітрі при даній температурі, кисень, розчинений у воді, досягає максимуму, і зміна вмісту кисню в повітрі призведе до пропорційної зміни вмісту кисню у воді.

Вплив стресу гіпоксії в кореневому середовищі на посіви

Причини гіпоксії кореня

Є кілька причин, чому ризик гіпоксії в гідропоніці та системах культивування субстрату вищий влітку.Перш за все, вміст насиченого кисню у воді зменшиться з підвищенням температури.По-друге, кисень, необхідний для підтримки росту коренів, збільшується з підвищенням температури.Крім того, кількість поглинання поживних речовин вище влітку, тому потреба в кисні для поглинання поживних речовин вище.Це призводить до зниження вмісту кисню в кореневому середовищі та відсутності ефективної добавки, що призводить до гіпоксії кореневого середовища.

Поглинання і зростання

Поглинання більшості необхідних поживних речовин залежить від процесів, тісно пов’язаних з кореневим метаболізмом, для яких потрібна енергія, що виділяється при диханні клітин кореня, тобто розпаді продуктів фотосинтезу в присутності кисню.Дослідження показали, що 10%~20% загального асиміляту рослин томатів використовується в коренях, 50% з яких використовується для поглинання поживних іонів, 40% для росту і лише 10% для підтримки.Коріння повинні знаходити кисень у безпосередньому середовищі, де вони виділяють CO₂.В анаеробних умовах, викликаних поганою вентиляцією в субстратах і гідропоніці, гіпоксія вплине на поглинання води та поживних речовин.Гіпоксія має швидку реакцію на активне поглинання поживних речовин, а саме нітратів (NO₃^-), калій (K) і фосфат (PO₄^3-), що перешкоджатиме пасивному засвоєнню кальцію (Ca) і магнію (Mg).

Для росту коренів рослин потрібна енергія, для нормальної діяльності коренів потрібна найнижча концентрація кисню, а концентрація кисню нижче значення COP стає фактором, що обмежує метаболізм клітин кореня (гіпоксія).При низькому вмісті кисню ріст сповільнюється або навіть припиняється.Якщо часткова гіпоксія кореня впливає лише на гілки та листя, коренева система може компенсувати ту частину кореневої системи, яка з певних причин більше не активна, збільшуючи місцеве поглинання.

Метаболічний механізм рослин залежить від кисню як акцептора електронів.Без кисню виробництво АТФ припиниться.Без АТФ відтік протонів від коренів припиниться, клітинний сік кореневих клітин стане кислим, і ці клітини загинуть протягом кількох годин.Тимчасова і короткочасна гіпоксія не спричинить незворотного харчового стресу у рослин.Через механізм «нітратного дихання» це може бути короткочасна адаптація до боротьби з гіпоксією як альтернативний спосіб під час гіпоксії кореня.Однак довготривала гіпоксія призведе до уповільнення росту, зменшення площі листя та зменшення свіжої та сухої маси, що призведе до значного зниження врожайності.

Етилен

Рослини будуть утворювати етилен на місці під сильним стресом.Зазвичай етилен видаляється з коренів шляхом дифундії в ґрунтове повітря.Коли відбувається заболочування, утворення етилену не тільки збільшиться, але також значно зменшиться дифузія, оскільки коріння оточені водою.Підвищення концентрації етилену призведе до утворення аераційної тканини в коренях (рис. 2).Етилен також може викликати старіння листя, а взаємодія між етиленом і ауксином посилить утворення додаткових коренів.

Кисневий стрес призводить до зниження росту листя

АБК виробляється в коренях і листках, щоб справлятися з різними екологічними стресами.У кореневому середовищі типовою реакцією на стрес є закриття продихів, що включає утворення ABA.Перед тим, як продихи закриються, верхівка рослини втрачає тиск набухання, верхні листки в’януть, і ефективність фотосинтезу також може знизитися.Багато досліджень показали, що продихи реагують на збільшення концентрації АБК в апопласті закриттям, тобто загальний вміст АБК у нелистках шляхом вивільнення внутрішньоклітинної АБК, рослини можуть дуже швидко збільшити концентрацію апопласту АБК.Коли рослини перебувають у стресовому стані навколишнього середовища, вони починають вивільняти АБК у клітинах, і сигнал вивільнення кореня може передаватися за хвилини замість годин.Збільшення АБК у тканині листя може зменшити подовження клітинної стінки та призвести до зменшення подовження листя.Іншим ефектом гіпоксії є те, що тривалість життя листя скорочується, що вплине на все листя.Гіпоксія зазвичай призводить до зниження транспорту цитокініну та нітратів.Нестача азоту або цитокініну скоротить час підтримки площі листя та зупинить ріст гілок і листя протягом кількох днів.

Оптимізація кисневого середовища кореневої системи культури

Характеристики субстрату є вирішальними для розподілу води та кисню.Концентрація кисню в кореневому середовищі тепличних овочів в основному залежить від водоутримуючої здатності субстрату, зрошення (розмір і частота), структури субстрату та температури смуги субстрату.Тільки коли вміст кисню в кореневому середовищі принаймні перевищує 10% (4~5 мг/л), активність коренів може підтримуватися в найкращому стані.

Коренева система культур дуже важлива для росту рослин і стійкості рослин до хвороб.Вода і поживні речовини будуть засвоюватися відповідно до потреб рослин.Однак рівень кисню в кореневому середовищі значною мірою визначає ефективність поглинання поживних речовин і води та якість кореневої системи.Достатній рівень кисню в середовищі кореневої системи може забезпечити здоров’я кореневої системи, щоб рослини мали кращу стійкість до патогенних мікроорганізмів (рис. 3).Адекватний рівень кисню в субстраті також мінімізує ризик анаеробних умов, таким чином зводячи до мінімуму ризик патогенних мікроорганізмів.

Споживання кисню в кореневому середовищі

Максимальне споживання кисню сільськогосподарськими культурами може досягати 40 мг/м2/год (споживання залежить від сільськогосподарських культур).Залежно від температури вода для поливу може містити до 7~8 мг/л кисню (рис. 4).Щоб досягти 40 мг, потрібно давати 5 л води щогодини, щоб задовольнити потребу в кисні, але насправді кількість зрошення за один день може не бути досягнута.Це означає, що кисень, який забезпечується зрошенням, відіграє лише незначну роль.Більша частина кисню надходить до кореневої зони через пори в матриці, а частка кисню через пори досягає 90% залежно від часу доби.Коли випаровування рослин досягає максимуму, кількість поливу також досягає максимуму, що еквівалентно 1~1,5 л/м2/год.Якщо вода для поливу містить 7 мг/л кисню, вона забезпечить 7~11 мг/м2/год кисню для кореневої зони.Це еквівалентно 17%~25% попиту.Звичайно, це стосується лише ситуації, коли бідна на кисень поливна вода в субстраті замінюється свіжою поливною водою.

Окрім споживання коренів, мікроорганізми в кореневому середовищі також споживають кисень.Важко визначити це кількісно, ​​оскільки жодних вимірювань у цьому відношенні не проводилося.Оскільки нові субстрати замінюються щороку, можна припустити, що мікроорганізми відіграють відносно невелику роль у споживанні кисню.

Оптимізація температури навколишнього середовища коренів

Температура навколишнього середовища кореневої системи дуже важлива для нормального росту та функціонування кореневої системи, а також є важливим фактором, що впливає на поглинання води та поживних речовин кореневою системою.

Занадто низька температура субстрату (температура коренів) може призвести до труднощів водопоглинання.При 5 ℃ поглинання на 70% ~ 80% нижче, ніж при 20 ℃.Якщо низька температура субстрату супроводжується високою, це призведе до в’янення рослини.Поглинання іонів, очевидно, залежить від температури, яка пригнічує поглинання іонів при низькій температурі, і чутливість різних поживних елементів до температури різна.

Занадто висока температура субстрату також марна і може призвести до занадто великої кореневої системи.Іншими словами, в рослинах відбувається незбалансований розподіл сухої речовини.Через те, що коренева система занадто велика, через дихання відбуватимуться непотрібні втрати, і ця частина втраченої енергії могла б бути використана для збирання частини рослини.При вищій температурі субстрату вміст розчиненого кисню нижчий, що значно більше впливає на вміст кисню в кореневому середовищі, ніж кисень, який споживають мікроорганізми.Коренева система споживає багато кисню і навіть призводить до гіпоксії у випадку поганої структури субстрату чи ґрунту, таким чином зменшуючи поглинання води та іонів.

Підтримуйте прийнятну водоутримувальну здатність матриці.

Існує негативна кореляція між вмістом води та процентним вмістом кисню в матриці.При збільшенні вмісту води вміст кисню зменшується, і навпаки.Існує критичний діапазон між вмістом води та киснем у матриці, тобто 80%~85% вмісту води (рис. 5).Тривала підтримка вмісту води вище 85% в субстраті вплине на постачання киснем.Більша частина кисню (75%~90%) надходить через пори в матриці.

Доповнення поливу до вмісту кисню в субстраті

Більше сонячного світла призведе до більшого споживання кисню та нижчої концентрації кисню в коренях (рис. 6), а більше цукру призведе до більшого споживання кисню вночі.Транспірація сильна, водопоглинання велике, а в субстраті більше повітря та більше кисню.Зліва на малюнку 7 видно, що вміст кисню в субстраті трохи збільшиться після зрошення за умови, що здатність субстрату до утримання води висока, а вміст повітря дуже низький.Як показано на рис.7, за умови відносно кращого освітлення вміст повітря в субстраті збільшується через більше водопоглинання (однаковий час поливу).Відносний вплив зрошення на вміст кисню в субстраті набагато менший, ніж водоутримуюча здатність (вміст повітря) в субстраті.

Обговоріть

У реальному виробництві легко не помітити вміст кисню (повітря) у середовищі коренів культур, але це важливий фактор для забезпечення нормального росту культур і здорового розвитку коренів.

Для отримання максимального врожаю під час вирощування культур дуже важливо максимально захистити середовище кореневої системи в найкращому стані.Дослідження показали, що О₂вміст у середовищі кореневої системи нижче 4 мг/л матиме негативний вплив на ріст культури.О₂на вміст у кореневому середовищі в основному впливає зрошення (кількість і частота зрошення), структура субстрату, вміст води в субстраті, теплиця та температура субстрату, а різні схеми посадки будуть різними.Водорості та мікроорганізми також мають певний зв'язок із вмістом кисню в кореневому середовищі гідропонних культур.Гіпоксія не тільки спричиняє уповільнення розвитку рослин, але й посилює тиск кореневих патогенів (пітії, фітофтори, фузаріозу) на ріст коренів.

Стратегія зрошення має значний вплив на O₂вмісту в субстраті, а також це більш контрольований спосіб у процесі посадки.Деякі дослідження посадки троянд показали, що повільне збільшення вмісту води в субстраті (вранці) може покращити рівень кисню.У субстраті з низькою водоутримувальною здатністю субстрат може підтримувати високий вміст кисню, і в той же час необхідно уникати різниці вмісту води між субстратами через більшу частоту зрошення та коротший інтервал.Чим нижча водоутримуюча здатність субстратів, тим більша різниця між субстратами.Вологий субстрат, менша частота зрошення та довший інтервал забезпечують більшу заміну повітря та сприятливі кисневі умови.

Дренаж субстрату є ще одним фактором, який має великий вплив на швидкість оновлення та градієнт концентрації кисню в субстраті, залежно від типу та водоутримуючої здатності субстрату.Рідина для поливу не повинна залишатися на дні субстрату надто довго, її слід швидко вилити, щоб свіжа збагачена киснем вода для поливу знову досягла дна субстрату.На швидкість дренажу можна вплинути за допомогою деяких відносно простих заходів, таких як градієнт субстрату в поздовжньому та ширинному напрямках.Чим більший градієнт, тим швидша швидкість дренажу.Різні підкладки мають різні отвори і кількість вихідних отворів також різна.

КІНЕЦЬ

[інформація про цитування]

Се Юаньпей.Вплив вмісту кисню в навколишньому середовищі в коренях тепличних культур на ріст культур [J].Технологія сільськогосподарського машинобудування, 2022,42(31):21-24.