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

Absorptionen af ​​de fleste næringsstoffer er en proces, der er tæt forbundet med planterøddernes metaboliske aktiviteter. Disse processer kræver energi genereret af rodcellernes respiration, og vandabsorptionen reguleres også af temperatur og respiration, og respiration kræver deltagelse af ilt, så ilt i rodmiljøet har en afgørende indflydelse på afgrødernes normale vækst. Indholdet af opløst ilt i vand påvirkes af temperatur og saltindhold, og substratets struktur bestemmer luftindholdet i rodmiljøet. Vanding har store forskelle i fornyelse og supplement 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 substratvandholdende kapacitet (luftindhold) er forudsætningen for at opretholde et højt iltindhold i rodmiljøet.

Effekter af temperatur og saltindhold 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 sit maksimum ved en bestemt temperatur, som er indholdet af mættet ilt. Indholdet af mættet ilt i vand ændrer sig med temperaturen, og når temperaturen stiger, falder iltindholdet. Indholdet af mættet ilt i klart vand er højere end i saltholdigt havvand (Figur 1), så indholdet af mættet ilt i næringsopløsninger med forskellige koncentrationer vil være forskelligt.

Transport af ilt i matrixen

Den ilt, som drivhusafgrøders rødder kan få fra næringsopløsningen, skal være i fri tilstand, og ilt transporteres i substratet gennem luft og vand og vand omkring rødderne. Når det er i ligevægt med iltindholdet i luften ved en given temperatur, når den opløste ilt i vand sit maksimum, og ændringen i iltindholdet i luften vil føre til en proportional ændring i iltindholdet i vand.

Effekter af hypoxi-stress i rodmiljøet på afgrøder

Årsager til rodhypoksi

Der er flere grunde til, at risikoen for hypoxi i hydroponik og substratdyrkningssystemer er højere om sommeren. For det første vil det mættede iltindhold i vandet falde, når temperaturen stiger. For det andet øges den ilt, der kræves for at opretholde rodvækst, med stigende temperatur. Desuden er mængden af ​​næringsstofabsorption højere om sommeren, så behovet for ilt til næringsstofabsorption er højere. Det fører til et fald i iltindholdet i rodmiljøet og mangel på effektivt tilskud, hvilket fører til hypoxi i rodmiljøet.

Absorption og vækst

Absorptionen af ​​de fleste essentielle næringsstoffer afhænger af processer, der er tæt forbundet med rodmetabolismen, som kræver den energi, der genereres af rodcellernes respiration, dvs. nedbrydning af fotosyntetiske produkter i nærvær af ilt. Undersøgelser har vist, at 10%~20% af tomatplanternes samlede assimilater bruges i rødderne, hvoraf 50% bruges til absorption af næringsioner, 40% til vækst og kun 10% til vedligeholdelse. Rødder skal finde ilt i det direkte miljø, hvor de frigiver CO2.₂Under anaerobe forhold forårsaget af dårlig ventilation i substrater og hydroponik vil hypoxi påvirke absorptionen af ​​vand og næringsstoffer. Hypoxi reagerer hurtigt på den aktive absorption af næringsstoffer, nemlig nitrat (NO₃^-), kalium (K) og fosfat (PO₄^3-), hvilket vil forstyrre den passive absorption af calcium (Ca) og magnesium (Mg).

Planterøddernes vækst kræver energi, normal rodaktivitet kræver den laveste iltkoncentration, og iltkoncentrationen under COP-værdien bliver en faktor, der begrænser rodcellemetabolismen (hypoksi). Når iltindholdet er lavt, aftager væksten eller stopper endda. Hvis delvis rodhypoksi kun påvirker 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 absorption.

Planternes metaboliske mekanisme afhænger af ilt som elektronacceptor. Uden ilt vil ATP-produktionen stoppe. Uden ATP vil udstrømningen af ​​protoner fra rødderne stoppe, cellesaften fra rodcellerne vil blive sur, og disse celler vil dø inden for få timer. Midlertidig og kortvarig hypoxi vil ikke forårsage irreversibel ernæringsmæssig stress hos planter. På grund af "nitratrespirations"-mekanismen kan det være en kortvarig tilpasning til at håndtere hypoxi som en alternativ måde under rodhypoxi. Langvarig hypoxi vil dog føre til langsom vækst, reduceret bladareal og nedsat frisk- og tørvægt, hvilket vil føre til et betydeligt fald i afgrødeudbyttet.

Ethylen

Planter vil danne ethylen in situ under stor stress. Normalt fjernes ethylen fra rødderne ved at diffundere ud i jordluften. Når der opstår vandmætning, vil dannelsen af ​​ethylen ikke blot øges, men diffusionen vil også blive kraftigt reduceret, fordi rødderne er omgivet af vand. Stigningen i ethylenkoncentrationen vil føre til dannelsen af ​​​​luftningsvæv i rødderne (Figur 2). Ethylen kan også forårsage bladældning, og interaktionen mellem ethylen og auxin vil øge dannelsen af ​​​​tilfældige rødder.

Iltstress fører til nedsat bladvækst

ABA produceres i rødder og blade for at klare forskellige miljømæssige stressfaktorer. I rodmiljøet er den typiske reaktion på stress lukning af spalteåbninger, hvilket involverer dannelsen af ​​ABA. Før spalteåbningerne lukkes, mister plantens top hævelsestryk, de øverste blade visner, og fotosynteseeffektiviteten kan også falde. Mange undersøgelser har vist, at spalteåbningerne reagerer på stigningen i ABA-koncentrationen i apoplast ved at lukke, dvs. det samlede ABA-indhold i ikke-blade ved at frigive intracellulær ABA. Planter kan øge koncentrationen af ​​apoplast-ABA meget hurtigt. Når planter er under miljømæssig stress, begynder de at frigive ABA i celler, og rodfrigivelsessignalet kan transmitteres på minutter i stedet for timer. Stigningen i ABA i bladvæv kan reducere forlængelsen af ​​cellevæggen og føre til et fald 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 kvælstof eller cytokinin vil forkorte bladarealets vedligeholdelsestid og stoppe væksten af ​​grene og blade inden for et par dage.

Optimering af iltmiljøet i afgrødens rodsystem

Substratets egenskaber er afgørende for fordelingen af ​​vand og ilt. Iltkoncentrationen i rodmiljøet hos drivhusgrøntsager er primært relateret til substratets vandholdende kapacitet, vanding (størrelse og hyppighed), substratstruktur og substratstribetemperatur. Kun når iltindholdet i rodmiljøet er mindst over 10 % (4~5 mg/L), kan rodaktiviteten opretholdes optimalt.

Afgrøders rodsystem er meget vigtigt for planters vækst og modstandsdygtighed over for sygdomme. Vand og næringsstoffer absorberes i henhold til planternes behov. Iltniveauet i rodmiljøet bestemmer dog i høj grad absorptionseffektiviteten af ​​næringsstoffer og vand samt rodsystemets kvalitet. Et tilstrækkeligt iltniveau i rodsystemets miljø kan sikre rodsystemets sundhed, så planterne har bedre modstandsdygtighed over for patogene mikroorganismer (Figur 3). Et tilstrækkeligt iltniveau i substratet minimerer også risikoen for anaerobe forhold og dermed risikoen for patogene mikroorganismer.

Iltforbrug i rodmiljøet

Det maksimale iltforbrug for afgrøder kan være så højt som 40 mg/m2/t (forbruget afhænger af afgrøden). Afhængigt af temperaturen kan vandingsvandet indeholde op til 7~8 mg/l ilt (Figur 4). For at nå 40 mg skal der gives 5 l vand hver time for at opfylde iltbehovet, men faktisk kan vandingsmængden på én dag muligvis ikke nås. Det betyder, at den ilt, der leveres af vanding, kun spiller en lille rolle. Det meste af iltforsyningen når rodzonen gennem porer i matrixen, og bidraget fra iltforsyningen gennem porerne er så højt som 90 %, afhængigt af tidspunktet på dagen. Når planternes fordampning når maksimum, når vandingsmængden også maksimum, hvilket svarer til 1~1,5 l/m2/t. Hvis vandingsvandet indeholder 7 mg/l ilt, vil det give 7~11 mg/m2/t ilt til rodzonen. Dette svarer til 17%~25 % af behovet. Dette gælder selvfølgelig kun i den situation, at det iltfattige vandingsvand i substratet erstattes af frisk vandingsvand.

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

Optimer røddernes omgivelsestemperatur

Rodsystemets omgivelsestemperatur 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 vandabsorption. Ved 5 ℃ er absorptionen 70%~80% lavere end ved 20 ℃. Hvis lav substrattemperatur ledsages af høj temperatur, vil det føre til visnen af ​​planten. Ionabsorption afhænger naturligvis af temperaturen, 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 et for stort rodsystem. Med andre ord er der en ubalanceret fordeling af tørstof i planter. Fordi rodsystemet er for stort, vil der opstå unødvendige tab gennem respiration, og denne del af den tabte energi kunne have været brugt til plantens høstdel. Ved højere substrattemperatur er indholdet af opløst ilt lavere, hvilket har en langt 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 absorptionen af ​​vand og ioner.

Oprethold matrixens rimelige vandholdende kapacitet.

Der er en negativ korrelation mellem vandindholdet og procentdelen af ​​ilt i matricen. Når vandindholdet stiger, falder iltindholdet, og omvendt. Der er et kritisk interval mellem vandindhold og ilt i matricen, det vil sige 80%~85% vandindhold (Figur 5). Langvarig opretholdelse af et vandindhold over 85% i substratet vil påvirke iltforsyningen. Størstedelen af ​​iltforsyningen (75%~90%) sker gennem porerne i matricen.

Tilskud af vanding til iltindhold i substratet

Mere sollys vil føre til højere iltforbrug og lavere iltkoncentration i rødderne (Figur 6), og mere sukker vil gøre iltforbruget højere om natten. Transpirationen er stærk, vandabsorptionen er stor, og der er mere luft og mere ilt i substratet. Det kan ses fra venstre side af Figur 7, at iltindholdet i substratet vil stige en smule efter vanding under forudsætning af, at substratets vandholdende kapacitet er høj, og luftindholdet er meget lavt. Som vist til højre i Fig. 7, stiger luftindholdet i substratet under forhold med relativt bedre belysning på grund af mere vandabsorption (samme vandingstid). Den relative indflydelse af vanding på iltindholdet i substratet er langt mindre end vandholdende kapacitet (luftindhold) i substratet.

Drøfte

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

For at opnå det maksimale udbytte under afgrødeproduktionen er det meget vigtigt at beskytte rodsystemets miljø i den bedst mulige stand. Undersøgelser har vist, at O₂Et indhold i rodsystemet under 4 mg/L vil have en negativ indvirkning på afgrødevæksten.₂Indholdet i rodmiljøet påvirkes hovedsageligt af kunstvanding (vandingsmængde og -hyppighed), substratstruktur, substratvandindhold, drivhus- og substrattemperatur, og forskellige plantemønstre vil være forskellige. Alger og mikroorganismer har også en vis sammenhæng med iltindholdet i rodmiljøet i hydroponiske afgrøder. Hypoksi forårsager ikke kun langsom udvikling af planter, men øger også presset fra rodpatogener (pythium, phytophthora, fusarium) på rodvæksten.

Vandingsstrategi har en betydelig indflydelse på O2-tallet.₂indhold i substratet, og det er også en mere kontrollerbar måde i planteprocessen. Nogle undersøgelser af roseplantning har vist, at en langsom øgning af vandindholdet i substratet (om morgenen) kan opnå en bedre ilttilstand. I substrat med lav vandholdende kapacitet kan substratet opretholde et højt iltindhold, og samtidig er det nødvendigt at undgå forskellen i vandindhold mellem substrater gennem højere vandingfrekvens og kortere intervaller. Jo lavere substraternes vandholdende kapacitet er, desto større er forskellen mellem substraterne. Fugtigt substrat, lavere vandingfrekvens og længere intervaller sikrer mere luftudskiftning og gunstige iltforhold.

Substratets dræning er en anden faktor, der har stor indflydelse på fornyelseshastigheden og iltkoncentrationsgradienten i substratet, afhængigt af substratets type og vandholdende kapacitet. Vandingsvæsken bør ikke forblive for længe på bunden af ​​substratet, men bør udledes hurtigt, så frisk iltberiget vandingsvand kan nå bunden af ​​substratet igen. Dræningshastigheden kan påvirkes af nogle relativt simple foranstaltninger, såsom substratets hældning i længde- og bredderetningen. Jo større hældningen er, desto hurtigere er drænhastigheden. Forskellige substrater har forskellige åbninger, og antallet af udløb er også forskelligt.

ENDE

[citatoplysninger]

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