Landbrugsteknisk teknologi til drivhusgartneri Udgivet i Beijing kl. 17:30 den 13. januar 2023.

Optagelsen af ​​de fleste næringsstoffer er en proces, der er tæt forbundet med planterøddernes metaboliske aktiviteter.Disse processer kræver energi genereret af rodcelle-respiration, og vandabsorption reguleres også af temperatur og respiration, og respiration kræver deltagelse af ilt, så ilt i rodmiljøet har en afgørende indvirkning på den normale vækst af afgrøder.Indholdet af opløst ilt i vand påvirkes af temperatur og saltholdighed, og substratets struktur bestemmer luftindholdet i rodmiljøet.Vanding har store forskelle i fornyelse og tilskud af iltindhold i substrater med forskellige vandindholdstilstande.Der er mange faktorer til at optimere iltindholdet i rodmiljøet, men påvirkningsgraden af ​​hver faktor er ret forskellig.Opretholdelse af en rimelig substratvandholdeevne (luftindhold) er forudsætningen for at opretholde et højt iltindhold i rodmiljøet.

Effekter af temperatur og saltholdighed på mættet iltindhold i opløsning

Opløst iltindhold i vand

Opløst ilt opløses i ubundet eller frit ilt i vand, og indholdet af opløst ilt i vand vil nå maksimum ved en bestemt temperatur, som er indholdet af mættet ilt.Det mættede iltindhold i vand ændrer sig med temperaturen, og når temperaturen stiger, falder iltindholdet.Det mættede iltindhold i klart vand er højere end saltholdigt havvand (Figur 1), så indholdet af mættet ilt i næringsopløsninger med forskellige koncentrationer vil være anderledes.

Transport af ilt i matrix

Ilten, som drivhusrødder kan få fra næringsopløsning, skal være i fri tilstand, og ilt transporteres i substratet gennem luft og vand og vand rundt om rødderne.Når den er i ligevægt med iltindholdet i luft ved en given temperatur, når ilten opløst i vand maksimum, og ændringen af ​​iltindholdet i luft vil føre til den proportionale ændring af iltindholdet i vand.

Effekter af hypoxistress i rodmiljøet på afgrøder

Årsager til rodhypoksi

Der er flere grunde til, at risikoen for hypoxi i hydroponics og substratdyrkningssystemer er højere om sommeren.Først og fremmest vil indholdet af mættet ilt i vand falde i takt med at temperaturen stiger.For det andet stiger den ilt, der kræves for at opretholde rodvækst, med stigningen i temperaturen.Desuden er mængden af ​​næringsstofoptagelse højere om sommeren, så behovet for ilt til næringsoptagelse er højere.Det fører til et fald i iltindholdet i rodmiljøet og manglen på effektivt tilskud, hvilket fører til hypoxi i rodmiljøet.

Absorption og vækst

Absorptionen af ​​de fleste essentielle næringsstoffer afhænger af de processer, der er tæt forbundet med rodmetabolisme, som kræver den energi, der genereres af rodcelle-respiration, det vil sige nedbrydning af fotosyntetiske produkter i nærvær af ilt.Undersøgelser har vist, at 10%~20% af de samlede assimilater af tomatplanter bruges i rødder, hvoraf 50% bruges til absorption af næringsstoffer, 40% til vækst og kun 10% til vedligeholdelse.Rødder skal finde ilt i det direkte miljø, hvor de frigiver CO₂.Under anaerobe forhold forårsaget af dårlig ventilation i underlag og hydroponics vil hypoxi påvirke optagelsen af ​​vand og næringsstoffer.Hypoxi reagerer hurtigt på den aktive optagelse af næringsstoffer, nemlig nitrat (NO)₃^-), kalium (K) og fosfat (PO₄^3-), som vil forstyrre den passive absorption af calcium (Ca) og magnesium (Mg).

Planterodvækst kræver energi, normal rodaktivitet kræver den laveste iltkoncentration, og iltkoncentrationen under COP-værdien bliver en faktor, der begrænser rodcellemetabolismen (hypoxi).Når iltindholdet er lavt, bremses væksten eller endda stopper.Hvis delvis rodhypoxi kun rammer grene og blade, kan rodsystemet kompensere for den del af rodsystemet, der af en eller anden grund ikke længere er aktiv, ved at øge den lokale optagelse.

Plantens metaboliske mekanisme afhænger af oxygen som elektronacceptor.Uden ilt vil ATP-produktionen stoppe.Uden ATP vil udstrømningen af ​​protoner fra rødderne stoppe, rodcellernes cellesaft bliver sur, og disse celler dør inden for få timer.Midlertidig og kortvarig hypoxi vil ikke forårsage irreversibel ernæringsstress i planter.På grund af "nitratrespiration"-mekanismen kan det være en kortvarig tilpasning til at klare hypoksi som en alternativ måde under rodhypoksi.Imidlertid vil langvarig hypoxi føre til langsom vækst, nedsat bladareal og nedsat frisk- og tørvægt, hvilket vil føre til et betydeligt fald i afgrødeudbyttet.

Ethylen

Planter vil danne ethylen in situ under meget stress.Normalt fjernes ethylen fra rødderne ved at diffundere ind i jordluften.Når der opstår vandfyldning, vil dannelsen af ​​ethylen ikke kun stige, men også diffusionen vil blive stærkt reduceret, fordi rødderne er omgivet af vand.Forøgelsen af ​​ethylenkoncentrationen vil føre til dannelsen af ​​beluftningsvæv i rødderne (figur 2).Ethylen kan også forårsage bladaldring, og samspillet mellem ethylen og auxin vil øge dannelsen af ​​adventitive rødder.

Iltstress fører til nedsat bladvækst

ABA produceres i rødder og blade for at klare forskellige miljøbelastninger.I rodmiljøet er den typiske reaktion på stress stomatal lukning, som involverer dannelsen af ​​ABA.Inden stomata lukkes, mister toppen af ​​planten kvældetryk, de øverste blade visner, og fotosynteseeffektiviteten kan også falde.Mange undersøgelser har vist, at stomata reagerer på stigningen af ​​ABA-koncentration i apoplast ved at lukke, det vil sige det totale ABA-indhold i ikke-blade ved at frigive intracellulær ABA, planter kan øge koncentrationen af ​​apoplast ABA meget hurtigt.Når planter er under miljøstress, begynder de at frigive ABA i cellerne, og rodfrigivelsessignalet kan overføres på minutter i stedet for timer.Forøgelsen af ​​ABA i bladvæv kan reducere forlængelsen af ​​cellevæggen og føre til faldet i bladforlængelsen.En anden effekt af hypoxi er, at bladenes levetid forkortes, hvilket vil påvirke alle blade.Hypoxi fører normalt til et fald i cytokinin- og nitrattransport.Mangel på nitrogen eller cytokinin vil forkorte vedligeholdelsestiden for bladarealet og stoppe væksten af ​​grene og blade inden for få dage.

Optimering af iltmiljøet i afgrødens rodsystem

Underlagets egenskaber er afgørende for fordelingen af ​​vand og ilt.Iltkoncentrationen i drivhusgrøntsagers rodmiljø er hovedsageligt relateret til substratets vandholdende kapacitet, kunstvanding (størrelse og frekvens), substratstruktur og substratstrimmeltemperatur.Kun når iltindholdet i rodmiljøet er mindst over 10% (4~5mg/L), kan rodaktiviteten opretholdes i den bedste tilstand.

Afgrødernes rodsystem er meget vigtigt for plantevækst og plantesygdomsresistens.Vand og næringsstoffer vil blive absorberet i henhold til planternes behov.Iltniveauet i rodmiljøet bestemmer dog i høj grad absorptionseffektiviteten af ​​næringsstoffer og vand og rodsystemets kvalitet.Tilstrækkeligt iltniveau i rodsystemmiljøet kan sikre rodsystemets sundhed, så planterne har bedre modstandsdygtighed over for sygdomsfremkaldende mikroorganismer (figur 3).Tilstrækkeligt iltniveau i substratet minimerer også risikoen for anaerobe tilstande og minimerer dermed risikoen for patogene mikroorganismer.

Iltforbrug i rodmiljø

Det maksimale iltforbrug for afgrøder kan være så højt som 40mg/m2/h (forbruget afhænger af afgrøder).Afhængigt af temperaturen kan kunstvandingsvandet indeholde op til 7~8mg/L ilt (Figur 4).For at nå 40 mg skal der gives 5L vand hver time for at imødekomme iltbehovet, men faktisk kan vandingsmængden på en dag muligvis ikke nås.Det betyder, at ilten fra kunstvanding kun spiller en lille rolle.Det meste af ilttilførslen når rodzonen gennem porer i matrixen, og bidraget af ilttilførsel gennem porer er helt op til 90 %, afhængig af tidspunktet på dagen.Når fordampningen af ​​planter når maksimum, når vandingsmængden også maksimum, hvilket svarer til 1~1,5L/m2/h.Hvis kunstvandingsvandet indeholder 7mg/L oxygen, vil det give 7~11mg/m2/h oxygen til rodzonen.Dette svarer til 17%~25% af efterspørgslen.Det gælder naturligvis kun den situation, at det iltfattige vandingsvand i underlaget erstattes af frisk vandingsvand.

Udover forbruget af rødder forbruger mikroorganismer i rodmiljøet også ilt.Det er svært at kvantificere dette, fordi der ikke er foretaget en måling i denne henseende.Da der hvert år udskiftes nye substrater, kan det antages, at mikroorganismer spiller en relativt lille rolle i iltforbruget.

Optimer røddernes miljøtemperatur

Omgivelsestemperaturen i rodsystemet er meget vigtig for rodsystemets normale vækst og funktion, og det er også en vigtig faktor, der påvirker rodsystemets optagelse af vand og næringsstoffer.

For lav substrattemperatur (rodtemperatur) kan føre til vanskeligheder med vandoptagelse.Ved 5 ℃ er absorptionen 70 % ~ 80 % lavere end ved 20 ℃.Hvis lav substrattemperatur ledsages af høj temperatur, vil det føre til at planter visner.Ionabsorption afhænger naturligvis af temperatur, hvilket hæmmer ionabsorption ved lav temperatur, og forskellige næringsstoffers følsomhed over for temperatur er forskellig.

For høj substrattemperatur er også ubrugelig og kan føre til for stort rodsystem.Der er med andre ord en ubalanceret fordeling af tørstof i planter.Fordi rodsystemet er for stort, vil der opstå unødvendige tab ved respiration, og denne del af den tabte energi kunne have været brugt til høstdelen af ​​planten.Ved højere substrattemperatur er indholdet af opløst ilt lavere, hvilket har en meget større indflydelse på iltindholdet i rodmiljøet end den ilt, der forbruges af mikroorganismer.Rodsystemet forbruger meget ilt, og fører endda til hypoxi i tilfælde af dårlig substrat- eller jordstruktur, hvilket reducerer optagelsen af ​​vand og ioner.

Oprethold rimelig vandholdende kapacitet af matrix.

Der er en negativ sammenhæng mellem vandindholdet og det procentvise indhold af ilt i matrixen.Når vandindholdet stiger, falder iltindholdet, og omvendt.Der er et kritisk interval mellem vandindhold og oxygen i matrixen, det vil sige 80%~85% vandindhold (figur 5).Langsigtet vedligeholdelse af vandindhold over 85 % i underlaget vil påvirke ilttilførslen.Det meste af ilttilførslen (75%~90%) er gennem porerne i matrixen.

Supplering af kunstvanding til iltindhold i substrat

Mere sollys vil føre til højere iltforbrug og lavere iltkoncentration i rødder (Figur 6), og mere sukker vil gøre iltforbruget højere om natten.Transpirationen er stærk, vandoptagelsen er stor, og der er mere luft og mere ilt i underlaget.Det kan ses fra venstre i figur 7, at iltindholdet i substratet vil stige lidt efter vanding under forudsætning af, at substratets vandholdende kapacitet er høj og luftindholdet er meget lavt.Som vist til højre i fig.7, under betingelse af relativt bedre belysning, stiger luftindholdet i substratet på grund af mere vandabsorption (samme vandingstider).Vandingens relative indflydelse på iltindholdet i substratet er langt mindre end vandholdende kapacitet (luftindhold) i substratet.

Drøfte

I den egentlige produktion overses indholdet af ilt (luft) i afgrøderodsmiljøet let, men det er en vigtig faktor for at sikre en normal vækst af afgrøder og en sund udvikling af rødder.

For at opnå det maksimale udbytte under afgrødeproduktionen er det meget vigtigt at beskytte rodsystemmiljøet i den bedste stand så meget som muligt.Undersøgelser har vist, at O₂indhold i rodsystemmiljøet under 4mg/L vil have en negativ indvirkning på afgrødevæksten.O₂indholdet i rodmiljøet er hovedsageligt påvirket af vanding (vandingsmængde og hyppighed), substratstruktur, substratvandindhold, drivhus- og substrattemperatur, og forskellige plantemønstre vil være forskellige.Alger og mikroorganismer har også et vist forhold til iltindholdet i hydroponiske afgrøders rodmiljø.Hypoxi forårsager ikke kun den langsomme udvikling af planter, men øger også trykket af rodpatogener (pythium, phytophthora, fusarium) på rodvækst.

Vandingsstrategi har en betydelig indflydelse på O₂indhold i underlaget, og det er også en mere kontrollerbar måde i plantningsprocessen.Nogle rosenplantningsstudier har fundet ud af, at langsomt øget vandindhold i substratet (om morgenen) kan få en bedre ilttilstand.I substratet med lav vandholdende kapacitet kan substratet opretholde et højt iltindhold, og samtidig er det nødvendigt at undgå forskellen i vandindholdet mellem substraterne gennem højere vandingsfrekvens og kortere interval.Jo lavere substraternes vandholdende kapacitet er, jo større er forskellen mellem substraterne.Fugtigt underlag, lavere vandingsfrekvens og længere interval sikrer mere luftudskiftning og gunstige iltforhold.

Dræningen af ​​substratet er en anden faktor, der har stor indflydelse på fornyelseshastigheden og iltkoncentrationsgradienten i substratet, afhængig af substratets type og vandholdende kapacitet.Vandingsvæske bør ikke forblive i bunden af ​​underlaget for længe, ​​men skal udledes hurtigt, så frisk iltberiget vandingsvand kan nå bunden af ​​underlaget igen.Afvandingshastigheden kan påvirkes af nogle relativt simple tiltag, såsom underlagets gradient i længde- og bredderetningen.Jo større gradient, jo hurtigere er dræningshastigheden.Forskellige underlag har forskellige åbninger, og antallet af udløb er også forskelligt.

ENDE

[citatoplysninger]

Xie Yuanpei.Effekter af miljømæssigt iltindhold i drivhusafgrøders rødder på afgrødevækst [J].Landbrugsteknisk Teknologi, 2022,42(31):21-24.