Žemės ūkio inžinerinė šiltnamių sodininkystės technologijaPaskelbta Pekine, 2023 m. sausio 13 d., 17:30 val.

Daugumos maistinių medžiagų įsisavinimas yra procesas, glaudžiai susijęs su augalų šaknų metaboline veikla.Šiems procesams reikalinga energija, gaunama kvėpuojant šaknų ląstelėms, o vandens įsisavinimą taip pat reguliuoja temperatūra ir kvėpavimas, o kvėpuojant būtinas deguonies dalyvavimas, todėl deguonis šaknų aplinkoje turi gyvybiškai svarbią įtaką normaliam pasėlių augimui.Ištirpusio deguonies kiekį vandenyje veikia temperatūra ir druskingumas, o substrato struktūra lemia oro kiekį šaknų aplinkoje.Drėkinant labai skiriasi deguonies kiekio atnaujinimas ir papildymas substratuose su skirtingomis vandens būsenomis.Yra daug veiksnių, leidžiančių optimizuoti deguonies kiekį šaknų aplinkoje, tačiau kiekvieno veiksnio įtakos laipsnis yra gana skirtingas.Pagrįstos substrato vandens sulaikymo gebos (oro kiekio) palaikymas yra prielaida išlaikyti didelį deguonies kiekį šaknų aplinkoje.

Temperatūros ir druskingumo įtaka sočiojo deguonies kiekiui tirpale

Ištirpusio deguonies kiekis vandenyje

Ištirpęs deguonis ištirpsta nesurištame arba laisvame deguonyje vandenyje, o ištirpusio deguonies kiekis vandenyje pasieks maksimalų esant tam tikrai temperatūrai, kuri yra prisotinto deguonies kiekis.Prisotinto deguonies kiekis vandenyje kinta priklausomai nuo temperatūros, o kylant temperatūrai deguonies kiekis mažėja.Prisotinto deguonies kiekis skaidriame vandenyje yra didesnis nei druskos turinčiame jūros vandenyje (1 pav.), todėl skirtingos koncentracijos maistinių medžiagų tirpaluose prisotinto deguonies kiekis skirsis.

Deguonies pernešimas matricoje

Deguonis, kurį šiltnamio efektą sukeliančių augalų šaknys gali gauti iš maistinių medžiagų tirpalo, turi būti laisvos būsenos, o substrate deguonis transportuojamas oru ir vandeniu bei vandeniu aplink šaknis.Kai tam tikroje temperatūroje yra pusiausvyra su deguonies kiekiu ore, vandenyje ištirpusio deguonies kiekis pasiekia maksimumą, o deguonies kiekio pasikeitimas ore lems proporcingą deguonies kiekio vandenyje pokytį.

Hipoksijos streso poveikis šaknų aplinkoje pasėliams

Šaknies hipoksijos priežastys

Yra keletas priežasčių, kodėl vasarą hipoksijos rizika hidroponikos ir substrato auginimo sistemose yra didesnė.Visų pirma, sočiųjų deguonies kiekis vandenyje sumažės kylant temperatūrai.Antra, deguonies kiekis, reikalingas šaknų augimui palaikyti, didėja didėjant temperatūrai.Be to, vasarą maistinių medžiagų pasisavinimas yra didesnis, todėl deguonies poreikis maistinėms medžiagoms pasisavinti yra didesnis.Tai lemia deguonies kiekio sumažėjimą šaknų aplinkoje ir veiksmingo papildo trūkumą, o tai lemia hipoksiją šaknų aplinkoje.

Absorbcija ir augimas

Daugumos būtiniausių maistinių medžiagų įsisavinimas priklauso nuo procesų, glaudžiai susijusių su šaknų metabolizmu, kuriems reikalinga energija, susidaranti kvėpuojant šaknų ląstelėms, tai yra fotosintezės produktų skaidymui esant deguoniui.Tyrimai parodė, kad 10% ~ 20% visų pomidorų augalų asimiliatų sunaudojama šaknyse, iš kurių 50% naudojama maistinių medžiagų jonų absorbcijai, 40% augimui ir tik 10% priežiūrai.Šaknys turi rasti deguonies tiesioginėje aplinkoje, kur išskiria CO₂.Anaerobinėmis sąlygomis, kurias sukelia prastas vėdinimas substratuose ir hidroponika, hipoksija turės įtakos vandens ir maistinių medžiagų įsisavinimui.Hipoksija greitai reaguoja į aktyvų maistinių medžiagų, būtent nitratų (NO₃^-), kalio (K) ir fosfato (PO₄^3-), kuris trukdys pasyviam kalcio (Ca) ir magnio (Mg) pasisavinimui.

Augalų šaknų augimui reikia energijos, normaliai šaknų veiklai – mažiausia deguonies koncentracija, o žemesnė nei COP vertės deguonies koncentracija tampa veiksniu, ribojančiu šaknų ląstelių metabolizmą (hipoksija).Kai deguonies kiekis yra mažas, augimas sulėtėja arba net sustoja.Jei dalinė šaknų hipoksija pažeidžia tik šakas ir lapus, šaknų sistema gali kompensuoti šaknų sistemos dalį, kuri dėl kokių nors priežasčių nebeveikia, padidindama vietinę absorbciją.

Augalų metabolizmo mechanizmas priklauso nuo deguonies kaip elektronų akceptoriaus.Be deguonies ATP gamyba sustos.Be ATP sustos protonų nutekėjimas iš šaknų, šaknų ląstelių sultys parūgštės ir šios ląstelės žus per kelias valandas.Laikina ir trumpalaikė hipoksija nesukels augalams negrįžtamo mitybos streso.Dėl „nitratų kvėpavimo“ mechanizmo tai gali būti trumpalaikis prisitaikymas susidoroti su hipoksija kaip alternatyvus būdas šaknų hipoksijos metu.Tačiau dėl ilgalaikės hipoksijos sulėtės augimas, sumažės lapų plotas ir sumažės šviežios ir sausos masės, todėl labai sumažės pasėlių derlius.

Etilenas

Augalai, esant dideliam stresui, susidarys etileną in situ.Paprastai etilenas pašalinamas iš šaknų difunduodamas į dirvos orą.Užmirkus vandeniui, ne tik padidės etileno susidarymas, bet ir labai sumažės difuzija, nes šaknys yra apsuptos vandens.Padidėjus etileno koncentracijai, šaknyse susidarys aeracinis audinys (2 pav.).Etilenas taip pat gali sukelti lapų senėjimą, o etileno ir auksino sąveika padidins atsitiktinių šaknų susidarymą.

Dėl deguonies streso sulėtėja lapų augimas

ABA gaminamas šaknyse ir lapuose, kad susidorotų su įvairiais aplinkos įtempiais.Šaknies aplinkoje tipiškas atsakas į stresą yra dantų uždarymas, dėl kurio susidaro ABA.Kol stomatos neužsidaro, augalo viršūnė praranda brinkimo spaudimą, nuvysta viršutiniai lapai, taip pat gali sumažėti fotosintezės efektyvumas.Daugelis tyrimų parodė, kad stomos reaguoja į ABA koncentracijos padidėjimą apoplaste užsidarydami, ty bendrą ABA kiekį ne lapuose, išskirdami tarpląstelinį ABA, augalai gali labai greitai padidinti apoplasto ABA koncentraciją.Kai augalai patiria aplinkos stresą, jie ląstelėse pradeda išskirti ABA, o šaknų išsiskyrimo signalas gali būti perduodamas per kelias minutes, o ne valandas.ABA padidėjimas lapų audinyje gali sumažinti ląstelės sienelės pailgėjimą ir sumažinti lapų pailgėjimą.Kitas hipoksijos padarinys – sutrumpėja lapų gyvenimo trukmė, o tai paveiks visus lapus.Hipoksija paprastai sukelia citokinino ir nitratų transportavimo sumažėjimą.Trūkstant azoto ar citokinino, sutrumpės lapų ploto priežiūros laikas, per kelias dienas sustos šakų ir lapų augimas.

Optimizuojama deguonies aplinka pasėlių šaknų sistemoje

Pagrindo savybės yra lemiamos vandens ir deguonies pasiskirstymui.Deguonies koncentracija šiltnamio efektą sukeliančių daržovių šaknų aplinkoje daugiausia priklauso nuo substrato vandens sulaikymo, drėkinimo (dydžio ir dažnumo), substrato struktūros ir substrato juostos temperatūros.Tik tada, kai deguonies kiekis šaknų aplinkoje yra ne mažesnis kaip 10% (4–5 mg/l), šaknų aktyvumas gali būti palaikomas geriausios būklės.

Augalų augimui ir atsparumui ligoms labai svarbi pasėlių šaknų sistema.Vanduo ir maistinės medžiagos bus pasisavinamos pagal augalų poreikius.Tačiau deguonies lygis šaknų aplinkoje daugiausia lemia maisto medžiagų ir vandens įsisavinimo efektyvumą bei šaknų sistemos kokybę.Pakankamas deguonies kiekis šaknų sistemos aplinkoje gali užtikrinti šaknų sistemos sveikatą, kad augalai būtų geriau atsparūs patogeniniams mikroorganizmams (3 pav.).Pakankamas deguonies lygis substrate taip pat sumažina anaerobinių sąlygų riziką, taip sumažinant patogeninių mikroorganizmų riziką.

Deguonies suvartojimas šaknų aplinkoje

Maksimalus deguonies suvartojimas pasėliuose gali siekti 40mg/m2/h (sunaudojimas priklauso nuo pasėlių).Priklausomai nuo temperatūros, drėkinimo vandenyje gali būti iki 7–8 mg/l deguonies (4 pav.).Norint pasiekti 40 mg, kas valandą reikia duoti 5 l vandens, kad būtų patenkintas deguonies poreikis, tačiau iš tikrųjų vienos dienos drėkinimo kiekio gali ir nepasiekti.Tai reiškia, kad drėkinimo tiekiamas deguonis vaidina tik nedidelį vaidmenį.Didžioji dalis deguonies tiekimo šaknų zoną pasiekia per matricoje esančias poras, o deguonies tiekimo per poras indėlis, priklausomai nuo paros laiko, siekia net 90%.Kai augalų išgarinimas pasiekia maksimumą, laistymo kiekis taip pat pasiekia maksimalų lygį, kuris atitinka 1–1,5 l/m2/val.Jei drėkinimo vandenyje yra 7 mg/l deguonies, tai šaknų zonai tiekiamas 7–11 mg/m2/h deguonies.Tai atitinka 17–25 % paklausos.Žinoma, tai galioja tik tuo atveju, kai substrate esantis laistymo vanduo, kuriame trūksta deguonies, pakeičiamas šviežiu laistymo vandeniu.

Be šaknų suvartojimo, mikroorganizmai šaknų aplinkoje vartoja ir deguonį.Sunku tai įvertinti kiekybiškai, nes šiuo atžvilgiu nebuvo atlikta jokių matavimų.Kadangi kiekvienais metais pakeičiami nauji substratai, galima daryti prielaidą, kad mikroorganizmai deguonies suvartojime vaidina palyginti nedidelį vaidmenį.

Optimizuokite šaknų aplinkos temperatūrą

Šaknų sistemos aplinkos temperatūra yra labai svarbi normaliam šaknų sistemos augimui ir funkcionavimui, taip pat yra svarbus veiksnys, turintis įtakos vandens ir maistinių medžiagų įsisavinimui šaknų sistemoje.

Per žema substrato temperatūra (šaknies temperatūra) gali apsunkinti vandens įsisavinimą.Esant 5 ℃, absorbcija yra 70% ~ 80% mažesnė nei esant 20 ℃.Jei žemą substrato temperatūrą lydi aukšta temperatūra, augalas nuvys.Jonų absorbcija akivaizdžiai priklauso nuo temperatūros, kuri slopina jonų absorbciją esant žemai temperatūrai, o skirtingų maistinių medžiagų elementų jautrumas temperatūrai yra skirtingas.

Per aukšta substrato temperatūra taip pat nenaudinga ir gali sukelti per didelę šaknų sistemą.Kitaip tariant, augaluose yra nesubalansuotas sausųjų medžiagų pasiskirstymas.Kadangi šaknų sistema per didelė, kvėpuojant atsiras nereikalingų nuostolių, o ši prarastos energijos dalis galėjo būti panaudota augalo derliaus daliai.Esant aukštesnei substrato temperatūrai, ištirpusio deguonies kiekis yra mažesnis, o tai turi daug didesnę įtaką deguonies kiekiui šaknų aplinkoje nei mikroorganizmų suvartojamas deguonis.Šaknų sistema sunaudoja daug deguonies, o esant blogai substrato ar dirvožemio struktūrai net sukelia hipoksiją, todėl sumažėja vandens ir jonų įsisavinimas.

Išlaikykite pagrįstą matricos vandens sulaikymo gebą.

Tarp vandens kiekio ir procentinio deguonies kiekio matricoje yra neigiama koreliacija.Kai vandens kiekis didėja, deguonies kiekis mažėja ir atvirkščiai.Tarp vandens kiekio ir deguonies matricoje yra kritinis diapazonas, ty 80–85 % vandens kiekis (5 pav.).Ilgalaikis vandens kiekio, viršijančio 85 %, palaikymas substrate turės įtakos deguonies tiekimui.Didžioji dalis deguonies tiekimo (75% ~ 90%) yra per matricos poras.

Drėkinimo papildymas deguonies kiekiui substrate

Daugiau saulės šviesos padidins deguonies suvartojimą ir mažesnę deguonies koncentraciją šaknyse (6 pav.), o daugiau cukraus padidins deguonies suvartojimą naktį.Transpiracija stipri, vandens sugėrimas didelis, o substrate daugiau oro ir deguonies.7 paveikslo kairėje matyti, kad deguonies kiekis substrate šiek tiek padidės po drėkinimo, jei substrato gebėjimas sulaikyti vandenį yra didelis, o oro kiekis labai mažas.Kaip parodyta pav. dešinėje.7, esant santykinai geresniam apšvietimui, oro kiekis substrate padidėja dėl didesnio vandens sugėrimo (tas pats drėkinimo laikas).Santykinė drėkinimo įtaka deguonies kiekiui substrate yra daug mažesnė nei vandens sulaikymo geba (oro kiekis) substrate.

Aptarti

Gamyboje deguonies (oro) kiekis pasėlių šaknų aplinkoje yra lengvai nepastebimas, tačiau tai yra svarbus veiksnys, užtikrinantis normalų pasėlių augimą ir sveiką šaknų vystymąsi.

Norint gauti maksimalų derlių augalininkystės metu, labai svarbu kuo geriau apsaugoti šaknų sistemos aplinką.Tyrimai parodė, kad O₂mažesnis nei 4 mg/l kiekis šaknų sistemos aplinkoje turės neigiamos įtakos pasėlių augimui.O₂turinį šaknų aplinkoje daugiausia įtakoja laistymas (laistymo kiekis ir dažnis), substrato struktūra, substrato vandens kiekis, šiltnamio ir substrato temperatūra, o skirtingi sodinimo būdai bus skirtingi.Dumbliai ir mikroorganizmai taip pat turi tam tikrą ryšį su deguonies kiekiu hidroponinių augalų šaknų aplinkoje.Hipoksija ne tik sukelia lėtą augalų vystymąsi, bet ir padidina šaknų ligų sukėlėjų (pitio, fitoftoros, fuzario) spaudimą šaknų augimui.

Drėkinimo strategija turi didelę įtaką O₂kiekis substrate, be to, tai yra labiau kontroliuojamas būdas sodinimo procese.Kai kurie rožių sodinimo tyrimai parodė, kad lėtai didinant vandens kiekį substrate (ryte), galima gauti geresnę deguonies būklę.Substrate, kurio vandens sulaikymo geba yra maža, substratas gali išlaikyti didelį deguonies kiekį, o tuo pačiu metu būtina vengti vandens kiekio skirtumo tarp substratų dėl didesnio drėkinimo dažnio ir trumpesnio intervalo.Kuo mažesnė substratų vandens sulaikymo geba, tuo didesnis skirtumas tarp substratų.Drėgnas substratas, mažesnis drėkinimo dažnis ir ilgesnis intervalas užtikrina didesnį oro pakeitimą ir palankias deguonies sąlygas.

Pagrindo drenažas yra dar vienas veiksnys, turintis didelę įtaką atsinaujinimo greičiui ir deguonies koncentracijos substrate gradientui, priklausomai nuo substrato tipo ir vandens sulaikymo gebos.Drėkinimo skystis neturi likti per ilgai substrato apačioje, bet turi būti greitai išleistas, kad šviežias deguonimi praturtintas drėkinimo vanduo vėl pasiektų substrato dugną.Drenažo greitį galima paveikti kai kuriomis gana paprastomis priemonėmis, tokiomis kaip pagrindo nuolydis išilgine ir pločio kryptimis.Kuo didesnis nuolydis, tuo didesnis drenažo greitis.Skirtingi substratai turi skirtingas angas, taip pat skiriasi ir išleidimo angų skaičius.

GALAS

[informacija apie citatą]

Xie Yuanpei.Aplinkos deguonies kiekio šiltnamio efektą sukeliančių augalų šaknyse įtaka pasėlių augimui [J].Žemės ūkio inžinerijos technologija, 2022,42(31):21-24.