Tecnologia d'enginyeria agrícola de jardineria d'hivernacle Publicat a Pequín a les 17:30 del 13 de gener de 2023.

L'absorció de la majoria d'elements nutrients és un procés estretament relacionat amb les activitats metabòliques de les arrels de les plantes.Aquests processos requereixen energia generada per la respiració de les cèl·lules arrels, i l'absorció d'aigua també està regulada per la temperatura i la respiració, i la respiració requereix la participació d'oxigen, de manera que l'oxigen a l'entorn de les arrels té un impacte vital en el creixement normal dels cultius.El contingut d'oxigen dissolt a l'aigua es veu afectat per la temperatura i la salinitat, i l'estructura del substrat determina el contingut d'aire a l'entorn de l'arrel.El reg presenta grans diferències en la renovació i suplementació del contingut d'oxigen en substrats amb diferents estats de contingut d'aigua.Hi ha molts factors per optimitzar el contingut d'oxigen a l'entorn arrel, però el grau d'influència de cada factor és força diferent.Mantenir una capacitat raonable de retenció d'aigua del substrat (contingut d'aire) és la premissa de mantenir un alt contingut d'oxigen a l'entorn de les arrels.

Efectes de la temperatura i la salinitat sobre el contingut d'oxigen saturat de la solució

Contingut d'oxigen dissolt a l'aigua

L'oxigen dissolt es dissol en oxigen lliure o lliure de l'aigua, i el contingut d'oxigen dissolt a l'aigua arribarà al màxim a una determinada temperatura, que és el contingut d'oxigen saturat.El contingut d'oxigen saturat de l'aigua canvia amb la temperatura, i quan la temperatura augmenta, el contingut d'oxigen disminueix.El contingut d'oxigen saturat de l'aigua clara és superior al de l'aigua de mar que conté sal (figura 1), de manera que el contingut d'oxigen saturat de les solucions de nutrients amb diferents concentracions serà diferent.

Transport d'oxigen a la matriu

L'oxigen que poden obtenir les arrels dels cultius d'hivernacle de la solució de nutrients ha d'estar en estat lliure i l'oxigen es transporta al substrat a través de l'aire i l'aigua i l'aigua al voltant de les arrels.Quan està en equilibri amb el contingut d'oxigen de l'aire a una temperatura determinada, l'oxigen dissolt a l'aigua arriba al màxim, i el canvi del contingut d'oxigen de l'aire comportarà un canvi proporcional del contingut d'oxigen de l'aigua.

Efectes de l'estrès d'hipòxia en l'entorn arrel dels cultius

Causes de la hipòxia arrel

Hi ha diverses raons per les quals el risc d'hipòxia en sistemes de cultiu hidropònic i de substrat és més elevat a l'estiu.En primer lloc, el contingut d'oxigen saturat de l'aigua disminuirà a mesura que augmenta la temperatura.En segon lloc, l'oxigen necessari per mantenir el creixement de les arrels augmenta amb l'augment de la temperatura.A més, la quantitat d'absorció de nutrients és més alta a l'estiu, de manera que la demanda d'oxigen per a l'absorció de nutrients és més alta.Condueix a la disminució del contingut d'oxigen a l'entorn de l'arrel i la manca de suplement eficaç, que condueix a la hipòxia a l'entorn de l'arrel.

Absorció i creixement

L'absorció de la majoria de nutrients essencials depèn dels processos estretament relacionats amb el metabolisme de l'arrel, que requereixen l'energia generada per la respiració de les cèl·lules radiculars, és a dir, la descomposició dels productes fotosintètics en presència d'oxigen.Els estudis han demostrat que el 10% ~ 20% dels assimilats totals de les plantes de tomàquet s'utilitzen a les arrels, el 50% dels quals s'utilitzen per a l'absorció d'ions nutrients, el 40% per al creixement i només el 10% per al manteniment.Les arrels han de trobar oxigen a l'entorn directe on alliberen CO₂.En condicions anaeròbiques causades per una mala ventilació en substrats i hidroponia, la hipòxia afectarà l'absorció d'aigua i nutrients.La hipòxia té una resposta ràpida a l'absorció activa de nutrients, és a dir, nitrat (NO₃^-), potassi (K) i fosfat (PO₄^3-), que interferirà amb l'absorció passiva de calci (Ca) i magnesi (Mg).

El creixement de les arrels de les plantes necessita energia, l'activitat normal de les arrels necessita la concentració d'oxigen més baixa i la concentració d'oxigen per sota del valor COP es converteix en un factor que limita el metabolisme de les cèl·lules arrels (hipòxia).Quan el nivell d'oxigen és baix, el creixement s'alenteix o fins i tot s'atura.Si la hipòxia parcial de les arrels només afecta branques i fulles, el sistema radicular pot compensar la part del sistema radicular que ja no està activa per algun motiu augmentant l'absorció local.

El mecanisme metabòlic de la planta depèn de l'oxigen com a acceptor d'electrons.Sense oxigen, la producció d'ATP s'aturarà.Sense ATP, la sortida de protons de les arrels s'aturarà, la saba cel·lular de les cèl·lules arrels es tornarà àcida i aquestes cèl·lules moriran en poques hores.La hipòxia temporal i a curt termini no provocarà estrès nutricional irreversible a les plantes.A causa del mecanisme de "respiració de nitrats", pot ser una adaptació a curt termini per fer front a la hipòxia com a forma alternativa durant la hipòxia arrel.Tanmateix, la hipòxia a llarg termini provocarà un creixement lent, una disminució de l'àrea foliar i una disminució del pes fresc i sec, la qual cosa comportarà una disminució significativa del rendiment del cultiu.

Etilè

Les plantes formaran etilè in situ sota molt estrès.Normalment, l'etilè s'elimina de les arrels mitjançant la difusió a l'aire del sòl.Quan es produeix l'engordament, la formació d'etilè no només augmentarà, sinó que també es reduirà molt la difusió perquè les arrels estan envoltades d'aigua.L'augment de la concentració d'etilè donarà lloc a la formació de teixit d'aireació a les arrels (figura 2).L'etilè també pot provocar la senescència de les fulles, i la interacció entre l'etilè i l'auxina augmentarà la formació d'arrels adventícies.

L'estrès d'oxigen condueix a una disminució del creixement de les fulles

L'ABA es produeix en arrels i fulles per fer front a diverses tensions ambientals.En l'entorn radicular, la resposta típica a l'estrès és el tancament dels estomàtics, que implica la formació d'ABA.Abans que els estomes es tanquin, la part superior de la planta perd pressió d'inflor, les fulles superiors es marceixen i l'eficiència fotosintètica també pot disminuir.Molts estudis han demostrat que els estomes responen a l'augment de la concentració d'ABA en apoplast en tancar-se, és a dir, el contingut total d'ABA en les no fulles alliberant ABA intracel·lular, les plantes poden augmentar la concentració d'ABA apoplast molt ràpidament.Quan les plantes estan sota estrès ambiental, comencen a alliberar ABA a les cèl·lules i el senyal d'alliberament de l'arrel es pot transmetre en minuts en lloc d'hores.L'augment de l'ABA en el teixit foliar pot reduir l'allargament de la paret cel·lular i conduir a la disminució de l'allargament de la fulla.Un altre efecte de la hipòxia és que s'escurça la vida útil de les fulles, cosa que afectarà totes les fulles.La hipòxia sol conduir a la disminució del transport de citoquinines i nitrats.La manca de nitrogen o citoquinina escurçarà el temps de manteniment de l'àrea foliar i aturarà el creixement de branques i fulles en pocs dies.

Optimització de l'entorn d'oxigen del sistema radicular del cultiu

Les característiques del substrat són determinants per a la distribució de l'aigua i l'oxigen.La concentració d'oxigen a l'entorn arrel de les verdures d'hivernacle està relacionada principalment amb la capacitat de retenció d'aigua del substrat, el reg (mida i freqüència), l'estructura del substrat i la temperatura de la franja del substrat.Només quan el contingut d'oxigen a l'entorn de l'arrel és almenys superior al 10% (4 ~ 5 mg/L) es pot mantenir l'activitat de l'arrel en el millor estat.

El sistema radicular dels cultius és molt important per al creixement de les plantes i la resistència a les malalties de les plantes.L'aigua i els nutrients s'absorbiran segons les necessitats de les plantes.No obstant això, el nivell d'oxigen a l'entorn radicular determina en gran mesura l'eficiència d'absorció de nutrients i aigua i la qualitat del sistema radicular.Un nivell suficient d'oxigen a l'entorn del sistema radicular pot garantir la salut del sistema radicular, de manera que les plantes tinguin una millor resistència als microorganismes patògens (figura 3).Un nivell adequat d'oxigen al substrat també minimitza el risc de condicions anaeròbiques, minimitzant així el risc de microorganismes patògens.

Consum d'oxigen a l'entorn radicular

El consum màxim d'oxigen dels cultius pot arribar als 40 mg/m2/h (el consum depèn dels cultius).Depenent de la temperatura, l'aigua de reg pot contenir fins a 7 ~ 8 mg/L d'oxigen (Figura 4).Per assolir els 40 mg, s'han de donar 5L d'aigua cada hora per satisfer la demanda d'oxigen, però de fet, és possible que no s'assoleixi la quantitat de reg en un dia.Això vol dir que l'oxigen aportat pel reg només té un petit paper.La major part del subministrament d'oxigen arriba a la zona arrel a través dels porus de la matriu, i la contribució del subministrament d'oxigen a través dels porus arriba al 90%, depenent de l'hora del dia.Quan l'evaporació de les plantes arriba al màxim, la quantitat de reg també arriba al màxim, que equival a 1~1,5L/m2/h.Si l'aigua de reg conté 7 mg/L d'oxigen, proporcionarà 7 ~ 11 mg/m2/h d'oxigen per a la zona arrel.Això equival al 17% ~ 25% de la demanda.Per descomptat, això només s'aplica a la situació en què l'aigua de reg pobre en oxigen del substrat es substitueixi per aigua de reg fresca.

A més del consum d'arrels, els microorganismes del medi radicular també consumeixen oxigen.És difícil quantificar-ho perquè no s'ha fet cap mesura en aquest sentit.Com que els nous substrats es substitueixen cada any, es pot suposar que els microorganismes tenen un paper relativament petit en el consum d'oxigen.

Optimitzar la temperatura ambiental de les arrels

La temperatura ambiental del sistema radicular és molt important per al creixement i la funció normals del sistema radicular, i també és un factor important que afecta l'absorció d'aigua i nutrients pel sistema radicular.

La temperatura del substrat massa baixa (temperatura de l'arrel) pot provocar dificultats en l'absorció d'aigua.A 5 ℃, l'absorció és un 70% ~ 80% més baixa que a 20 ℃.Si la baixa temperatura del substrat va acompanyada d'alta temperatura, provocarà el marceixement de la planta.L'absorció d'ions, òbviament, depèn de la temperatura, que inhibeix l'absorció d'ions a baixa temperatura, i la sensibilitat dels diferents elements nutritius a la temperatura és diferent.

La temperatura del substrat massa alta també és inútil i pot provocar un sistema radicular massa gran.En altres paraules, hi ha una distribució desequilibrada de la matèria seca a les plantes.Com que el sistema radicular és massa gran, es produiran pèrdues innecessàries a través de la respiració, i aquesta part de l'energia perduda podria haver estat utilitzada per a la part de la collita de la planta.A una temperatura més alta del substrat, el contingut d'oxigen dissolt és més baix, la qual cosa té un impacte molt més gran sobre el contingut d'oxigen de l'entorn arrel que l'oxigen consumit pels microorganismes.El sistema radicular consumeix molt d'oxigen, i fins i tot provoca hipòxia en el cas d'una mala estructura del substrat o del sòl, reduint així l'absorció d'aigua i ions.

Mantenir una capacitat raonable de retenció d'aigua de la matriu.

Hi ha una correlació negativa entre el contingut d'aigua i el contingut percentual d'oxigen a la matriu.Quan augmenta el contingut d'aigua, el contingut d'oxigen disminueix, i viceversa.Hi ha un rang crític entre el contingut d'aigua i l'oxigen a la matriu, és a dir, el contingut d'aigua del 80% ~ 85% (figura 5).El manteniment a llarg termini del contingut d'aigua per sobre del 85% del substrat afectarà el subministrament d'oxigen.La major part del subministrament d'oxigen (75% ~ 90%) passa pels porus de la matriu.

Suplement del reg al contingut d'oxigen del substrat

Més llum solar augmentarà el consum d'oxigen i la concentració d'oxigen a les arrels (Figura 6), i més sucre augmentarà el consum d'oxigen a la nit.La transpiració és forta, l'absorció d'aigua és gran i hi ha més aire i més oxigen al substrat.Es pot veure des de l'esquerra de la figura 7 que el contingut d'oxigen del substrat augmentarà lleugerament després del reg amb la condició que la capacitat de retenció d'aigua del substrat sigui alta i el contingut d'aire sigui molt baix.Tal com es mostra a la dreta de la fig.7, amb una il·luminació relativament millor, el contingut d'aire del substrat augmenta a causa de més absorció d'aigua (mateixos temps de reg).La influència relativa del reg sobre el contingut d'oxigen del substrat és molt menor que la capacitat de retenció d'aigua (contingut d'aire) del substrat.

Discutiu

En la producció real, el contingut d'oxigen (aire) a l'entorn de les arrels dels cultius es passa per alt fàcilment, però és un factor important per garantir el creixement normal dels cultius i el desenvolupament saludable de les arrels.

Per obtenir el màxim rendiment durant la producció del cultiu, és molt important protegir l'entorn del sistema radicular en les millors condicions possibles.Els estudis han demostrat que l'O₂contingut a l'entorn del sistema radicular per sota de 4 mg/L tindrà un impacte negatiu en el creixement del cultiu.L'O₂El contingut de l'entorn de l'arrel està influenciat principalment pel reg (cantitat i freqüència de reg), l'estructura del substrat, el contingut d'aigua del substrat, la temperatura de l'hivernacle i el substrat, i els diferents patrons de plantació seran diferents.Les algues i els microorganismes també tenen una certa relació amb el contingut d'oxigen a l'entorn radicular dels cultius hidropònics.La hipòxia no només provoca el desenvolupament lent de les plantes, sinó que també augmenta la pressió dels patògens de les arrels (pythium, phytophthora, fusarium) sobre el creixement de les arrels.

L'estratègia de reg té una influència significativa en l'O₂contingut en el substrat, i també és una manera més controlable en el procés de plantació.Alguns estudis de plantació de roses han trobat que augmentar lentament el contingut d'aigua al substrat (al matí) pot aconseguir un millor estat d'oxigen.En el substrat amb poca capacitat de retenció d'aigua, el substrat pot mantenir un alt contingut d'oxigen i, al mateix temps, cal evitar la diferència de contingut d'aigua entre substrats mitjançant una freqüència de reg més alta i un interval més curt.Com menor sigui la capacitat de retenció d'aigua dels substrats, més gran serà la diferència entre els substrats.El substrat humit, la freqüència de reg més baixa i l'interval més llarg garanteixen més reposició d'aire i condicions favorables d'oxigen.

El drenatge del substrat és un altre factor que té una gran influència en la velocitat de renovació i el gradient de concentració d'oxigen del substrat, en funció del tipus i capacitat de retenció d'aigua del substrat.El líquid de reg no ha de romandre massa temps a la part inferior del substrat, sinó que s'ha de descarregar ràpidament perquè l'aigua de reg fresca enriquida amb oxigen pugui tornar a arribar al fons del substrat.La velocitat de drenatge es pot veure influenciada per algunes mesures relativament senzilles, com ara el gradient del substrat en les direccions longitudinal i ampla.Com més gran sigui el gradient, més ràpida serà la velocitat de drenatge.Els diferents substrats tenen diferents obertures i el nombre de sortides també és diferent.

FINAL

[informació de la citació]

Xie Yuanpei.Efectes del contingut d'oxigen ambiental a les arrels dels cultius d'hivernacle sobre el creixement del cultiu [J].Tecnologia d'Enginyeria Agrícola, 2022,42(31):21-24.