Landbou-ingenieurstegnologie van kweekhuistuinmaak Gepubliseer in Beijing om 17:30 op 13 Januarie 2023.

Die absorpsie van die meeste voedingstowwe is 'n proses wat nou verwant is aan die metaboliese aktiwiteite van plantwortels. Hierdie prosesse vereis energie wat deur wortelselrespirasie opgewek word, en waterabsorpsie word ook deur temperatuur en respirasie gereguleer, en respirasie vereis die deelname van suurstof, dus het suurstof in die wortelomgewing 'n belangrike impak op die normale groei van gewasse. Die opgeloste suurstofinhoud in water word beïnvloed deur temperatuur en soutgehalte, en die struktuur van die substraat bepaal die luginhoud in die wortelomgewing. Besproeiing het groot verskille in die hernuwing en aanvulling van suurstofinhoud in substrate met verskillende waterinhoudtoestande. Daar is baie faktore om die suurstofinhoud in die wortelomgewing te optimaliseer, maar die invloedsgraad van elke faktor is heeltemal anders. Die handhawing van redelike waterhouvermoë (luginhoud) van die substraat is die uitgangspunt vir die handhawing van hoë suurstofinhoud in die wortelomgewing.

Effekte van temperatuur en soutgehalte op versadigde suurstofinhoud in oplossing

Opgeloste suurstofinhoud in water

Opgeloste suurstof word opgelos in ongebonde of vrye suurstof in water, en die inhoud van opgeloste suurstof in water sal die maksimum bereik by 'n sekere temperatuur, wat die versadigde suurstofinhoud is. Die versadigde suurstofinhoud in water verander met temperatuur, en wanneer die temperatuur styg, neem die suurstofinhoud af. Die versadigde suurstofinhoud van skoon water is hoër as dié van soutbevattende seewater (Figuur 1), dus sal die versadigde suurstofinhoud van nutriëntoplossings met verskillende konsentrasies verskil.

Vervoer van suurstof in matriks

Die suurstof wat kweekhuisgewaswortels uit 'n nutriëntoplossing kan kry, moet in 'n vrye toestand wees, en suurstof word in die substraat deur lug en water en water rondom die wortels vervoer. Wanneer dit in ewewig is met die suurstofinhoud in die lug by 'n gegewe temperatuur, bereik die suurstof wat in water opgelos is die maksimum, en die verandering van suurstofinhoud in die lug sal lei tot die proporsionele verandering van suurstofinhoud in water.

Effekte van hipoksie-stres in die wortelomgewing op gewasse

Oorsake van wortelhipoksie

Daar is verskeie redes waarom die risiko van hipoksie in hidroponika en substraatverbouingstelsels in die somer hoër is. Eerstens sal die versadigde suurstofinhoud in water afneem soos die temperatuur styg. Tweedens neem die suurstof wat benodig word om wortelgroei te handhaaf toe met die toename in temperatuur. Verder is die hoeveelheid voedingstofabsorpsie hoër in die somer, dus is die vraag na suurstof vir voedingstofabsorpsie hoër. Dit lei tot die afname in suurstofinhoud in die wortelomgewing en die gebrek aan effektiewe aanvulling, wat lei tot hipoksie in die wortelomgewing.

Absorpsie en groei

Die absorpsie van die meeste noodsaaklike voedingstowwe hang af van die prosesse wat nou verwant is aan wortelmetabolisme, wat die energie benodig wat deur wortelselrespirasie opgewek word, dit wil sê die ontbinding van fotosintetiese produkte in die teenwoordigheid van suurstof. Studies het getoon dat 10%~20% van die totale assimilasies van tamatieplante in wortels gebruik word, waarvan 50% vir die absorpsie van voedingstowwe, 40% vir groei en slegs 10% vir onderhoud gebruik word. Wortels moet suurstof vind in die direkte omgewing waar hulle CO2 vrystel.₂Onder anaërobiese toestande wat veroorsaak word deur swak ventilasie in substrate en hidroponika, sal hipoksie die absorpsie van water en voedingstowwe beïnvloed. Hipoksie reageer vinnig op die aktiewe absorpsie van voedingstowwe, naamlik nitraat (NO₃^-), kalium (K) en fosfaat (PO₄^3-), wat die passiewe absorpsie van kalsium (Ca) en magnesium (Mg) sal belemmer.

Plantwortelgroei benodig energie, normale wortelaktiwiteit benodig die laagste suurstofkonsentrasie, en die suurstofkonsentrasie onder die COP-waarde word 'n faktor wat wortelselmetabolisme (hipoksie) beperk. Wanneer die suurstofinhoud laag is, vertraag die groei of stop dit selfs. As gedeeltelike wortelhipoksie slegs takke en blare aantas, kan die wortelstelsel kompenseer vir die deel van die wortelstelsel wat om een ​​of ander rede nie meer aktief is nie deur die plaaslike absorpsie te verhoog.

Plantmetabolisme hang af van suurstof as elektronakseptor. Sonder suurstof sal ATP-produksie stop. Sonder ATP sal die uitvloei van protone vanaf die wortels stop, die selsap van wortelselle sal suur word, en hierdie selle sal binne 'n paar uur sterf. Tydelike en korttermyn hipoksie sal nie onomkeerbare voedingsstres in plante veroorsaak nie. As gevolg van die "nitraatrespirasie"-meganisme, kan dit 'n korttermyn-aanpassing wees om hipoksie te hanteer as 'n alternatiewe manier tydens wortelhipoksie. Langtermyn hipoksie sal egter lei tot stadige groei, verminderde blaaroppervlakte en verminderde vars- en droë gewig, wat sal lei tot 'n beduidende afname in gewasopbrengs.

Etileen

Plante sal etileen in situ vorm onder baie stres. Gewoonlik word etileen uit die wortels verwyder deur dit in die grondlug te diffundeer. Wanneer versuiping voorkom, sal die vorming van etileen nie net toeneem nie, maar ook die diffusie sal aansienlik verminder word omdat die wortels deur water omring word. Die toename in etileenkonsentrasie sal lei tot die vorming van belugtingsweefsel in wortels (Figuur 2). Etileen kan ook blaarveroudering veroorsaak, en die interaksie tussen etileen en ouksien sal die vorming van bywortels verhoog.

Suurstofstres lei tot verminderde blaargroei

ABA word in wortels en blare geproduseer om verskeie omgewingsstres te hanteer. In die wortelomgewing is die tipiese reaksie op stres die sluiting van die huidmondjies, wat die vorming van ABA behels. Voordat die huidmondjies gesluit word, verloor die boonste deel van die plant sweldruk, die boonste blare verwelk, en die fotosintetiese doeltreffendheid kan ook afneem. Baie studies het getoon dat die huidmondjies reageer op die toename in ABA-konsentrasie in die apoplast deur te sluit, dit wil sê die totale ABA-inhoud in nie-blare deur intrasellulêre ABA vry te stel. Plante kan die konsentrasie van apoplast-ABA baie vinnig verhoog. Wanneer plante onder omgewingsstres verkeer, begin hulle ABA in selle vrystel, en die wortelvrystellingssein kan binne minute in plaas van ure oorgedra word. Die toename in ABA in blaarweefsel kan die verlenging van die selwand verminder en lei tot die afname in blaarverlenging. Nog 'n effek van hipoksie is dat die lewensduur van blare verkort word, wat alle blare sal beïnvloed. Hipoksie lei gewoonlik tot die afname in sitokinien- en nitraatvervoer. ’n Gebrek aan stikstof of sitokinien sal die instandhoudingstyd van blaaroppervlakte verkort en die groei van takke en blare binne ’n paar dae stop.

Optimalisering van die suurstofomgewing van die gewaswortelstelsel

Die eienskappe van die substraat is deurslaggewend vir die verspreiding van water en suurstof. Die suurstofkonsentrasie in die wortelomgewing van kweekhuisgroente hou hoofsaaklik verband met die waterhouvermoë van die substraat, besproeiing (grootte en frekwensie), substraatstruktuur en substraatstrooktemperatuur. Slegs wanneer die suurstofinhoud in die wortelomgewing ten minste bo 10% (4~5 mg/L) is, kan die wortelaktiwiteit in die beste toestand gehandhaaf word.

Die wortelstelsel van gewasse is baie belangrik vir plantgroei en plantsiektebestandheid. Water en voedingstowwe sal geabsorbeer word volgens die behoeftes van plante. Die suurstofvlak in die wortelomgewing bepaal egter grootliks die absorpsie-effektiwiteit van voedingstowwe en water en die kwaliteit van die wortelstelsel. Voldoende suurstofvlak in die wortelstelselomgewing kan die gesondheid van die wortelstelsel verseker, sodat plante beter weerstand teen patogene mikroörganismes het (Figuur 3). Voldoende suurstofvlak in die substraat verminder ook die risiko van anaërobiese toestande, wat die risiko van patogene mikroörganismes verminder.

Suurstofverbruik in die wortelomgewing

Die maksimum suurstofverbruik van gewasse kan so hoog as 40 mg/m2/h wees (verbruik hang af van gewasse). Afhangende van die temperatuur, kan die besproeiingswater tot 7~8 mg/L suurstof bevat (Figuur 4). Om 40 mg te bereik, moet 5L water elke uur gegee word om aan die suurstofvraag te voldoen, maar in werklikheid mag die besproeiingshoeveelheid in een dag nie bereik word nie. Dit beteken dat die suurstof wat deur besproeiing verskaf word, slegs 'n klein rol speel. Die meeste van die suurstoftoevoer bereik die wortelsone deur porieë in die matriks, en die bydrae van suurstoftoevoer deur porieë is so hoog as 90%, afhangende van die tyd van die dag. Wanneer die verdamping van plante die maksimum bereik, bereik die besproeiingshoeveelheid ook die maksimum, wat gelykstaande is aan 1~1.5L/m2/h. As die besproeiingswater 7 mg/L suurstof bevat, sal dit 7~11 mg/m2/h suurstof vir die wortelsone verskaf. Dit is gelykstaande aan 17%~25% van die vraag. Dit geld natuurlik slegs vir die situasie dat die suurstofarme besproeiingswater in die substraat deur vars besproeiingswater vervang word.

Benewens die verbruik van wortels, verbruik mikroörganismes in die wortelomgewing ook suurstof. Dit is moeilik om dit te kwantifiseer omdat geen meting in hierdie verband gedoen is nie. Aangesien nuwe substrate elke jaar vervang word, kan aanvaar word dat mikroörganismes 'n relatief klein rol in suurstofverbruik speel.

Optimaliseer die omgewingstemperatuur van wortels

Die omgewingstemperatuur van die wortelstelsel is baie belangrik vir die normale groei en funksie van die wortelstelsel, en dit is ook 'n belangrike faktor wat die absorpsie van water en voedingstowwe deur die wortelstelsel beïnvloed.

Te lae substraattemperatuur (worteltemperatuur) kan lei tot probleme met waterabsorpsie. By 5℃ is die absorpsie 70%~80% laer as by 20℃. As lae substraattemperatuur gepaard gaan met hoë temperatuur, sal dit lei tot plantverwelking. Ioonabsorpsie hang natuurlik af van temperatuur, wat ioonabsorpsie by lae temperatuur inhibeer, en die sensitiwiteit van verskillende voedingselemente vir temperatuur is verskillend.

Te hoë substraattemperatuur is ook nutteloos en kan lei tot 'n te groot wortelstelsel. Met ander woorde, daar is 'n ongebalanseerde verspreiding van droë materiaal in plante. Omdat die wortelstelsel te groot is, sal onnodige verliese deur respirasie plaasvind, en hierdie deel van die verlore energie kon vir die oesgedeelte van die plant gebruik gewees het. By hoër substraattemperatuur is die opgeloste suurstofinhoud laer, wat 'n baie groter impak op die suurstofinhoud in die wortelomgewing het as die suurstof wat deur mikroörganismes verbruik word. Die wortelstelsel verbruik baie suurstof en lei selfs tot hipoksie in die geval van swak substraat- of grondstruktuur, wat die absorpsie van water en ione verminder.

Handhaaf redelike waterhouvermoë van die matriks.

Daar is 'n negatiewe korrelasie tussen die waterinhoud en die persentasie suurstofinhoud in die matriks. Wanneer die waterinhoud toeneem, neem die suurstofinhoud af, en andersom. Daar is 'n kritieke reeks tussen waterinhoud en suurstof in die matriks, dit wil sê 80%~85% waterinhoud (Figuur 5). Langtermyn handhawing van 'n waterinhoud bo 85% in die substraat sal die suurstoftoevoer beïnvloed. Die meeste van die suurstoftoevoer (75%~90%) is deur die porieë in die matriks.

Aanvulling van besproeiing tot suurstofinhoud in substraat

Meer sonlig sal lei tot hoër suurstofverbruik en laer suurstofkonsentrasie in wortels (Figuur 6), en meer suiker sal die suurstofverbruik snags hoër maak. Transpirasie is sterk, waterabsorpsie is groot, en daar is meer lug en meer suurstof in die substraat. Dit kan aan die linkerkant van Figuur 7 gesien word dat die suurstofinhoud in die substraat effens sal toeneem na besproeiing onder die voorwaarde dat die waterhouvermoë van die substraat hoog is en die luginhoud baie laag is. Soos regs in Fig. 7 getoon, onder die voorwaarde van relatief beter beligting, neem die luginhoud in die substraat toe as gevolg van meer waterabsorpsie (dieselfde besproeiingstye). Die relatiewe invloed van besproeiing op die suurstofinhoud in die substraat is baie minder as die waterhouvermoë (luginhoud) in die substraat.

Bespreek

In werklike produksie word die suurstofinhoud (lug) in die wortelomgewing van die gewas maklik oor die hoof gesien, maar dit is 'n belangrike faktor om die normale groei van gewasse en die gesonde ontwikkeling van wortels te verseker.

Om die maksimum opbrengs tydens gewasproduksie te verkry, is dit baie belangrik om die wortelstelselomgewing soveel as moontlik in die beste toestand te beskerm. Studies het getoon dat die O₂'n Inhoud in die wortelstelselomgewing onder 4 mg/L sal 'n negatiewe impak op gewasgroei hê. Die O₂Die suurstofinhoud in die wortelomgewing word hoofsaaklik beïnvloed deur besproeiing (besproeiingshoeveelheid en -frekwensie), substraatstruktuur, substraatwaterinhoud, kweekhuis- en substraattemperatuur, en verskillende plantpatrone sal verskil. Alge en mikroörganismes het ook 'n sekere verband met die suurstofinhoud in die wortelomgewing van hidroponiese gewasse. Hipoksie veroorsaak nie net die stadige ontwikkeling van plante nie, maar verhoog ook die druk van wortelpatogene (pythium, phytophthora, fusarium) op wortelgroei.

Besproeiingsstrategie het 'n beduidende invloed op die O₂inhoud in die substraat, en dit is ook 'n meer beheerbare manier in die plantproses. Sommige roosplantstudies het bevind dat die stadige verhoging van die waterinhoud in die substraat (in die oggend) 'n beter suurstoftoestand kan verkry. In die substraat met lae waterhouvermoë kan die substraat 'n hoë suurstofinhoud handhaaf, en terselfdertyd is dit nodig om die verskil in waterinhoud tussen substrate te vermy deur hoër besproeiingsfrekwensie en korter interval. Hoe laer die waterhouvermoë van substrate, hoe groter is die verskil tussen substrate. Vogtige substraat, laer besproeiingsfrekwensie en langer interval verseker meer lugvervanging en gunstige suurstoftoestande.

Die dreinering van die substraat is nog 'n faktor wat 'n groot invloed het op die hernuwingskoers en die suurstofkonsentrasiegradiënt in die substraat, afhangende van die tipe en waterhouvermoë van die substraat. Besproeiingsvloeistof moet nie te lank op die bodem van die substraat bly nie, maar moet vinnig afgevoer word sodat vars suurstofverrykte besproeiingswater weer die bodem van die substraat kan bereik. Die dreineringspoed kan beïnvloed word deur 'n paar relatief eenvoudige maatreëls, soos die gradiënt van die substraat in die lengte- en breedterigtings. Hoe groter die gradiënt, hoe vinniger die dreineringspoed. Verskillende substrate het verskillende openinge en die aantal uitlate is ook verskillend.

EINDE

[aanhalingsinligting]

Xie Yuanpei. Effekte van omgewingsuurstofinhoud in kweekhuisgewaswortels op gewasgroei [J]. Landbou-ingenieurstegnologie, 2022,42(31):21-24.