Пољопривредна инжењерска технологија баштованства у пластеницима. Објављено у Пекингу у 17:30, 13. јануара 2023.

Апсорпција већине хранљивих елемената је процес који је уско повезан са метаболичким активностима корена биљака. Ови процеси захтевају енергију генерисану дисањем коренских ћелија, а апсорпција воде је такође регулисана температуром и дисањем, а дисање захтева учешће кисеоника, тако да кисеоник у кореновом окружењу има витални утицај на нормалан раст усева. Садржај раствореног кисеоника у води је под утицајем температуре и салинитета, а структура супстрата одређује садржај ваздуха у кореновом окружењу. Наводњавање има велике разлике у обнављању и допуњавању садржаја кисеоника у супстратима са различитим стањима садржаја воде. Постоји много фактора за оптимизацију садржаја кисеоника у кореновом окружењу, али степен утицаја сваког фактора је сасвим различит. Одржавање разумног капацитета задржавања воде у супстрату (садржај ваздуха) је предуслов за одржавање високог садржаја кисеоника у кореновом окружењу.

Утицај температуре и салинитета на садржај засићеног кисеоника у раствору

Садржај раствореног кисеоника у води

Растворени кисеоник се раствори у невезаном или слободном кисеонику у води, а садржај раствореног кисеоника у води ће достићи максимум на одређеној температури, што је засићени садржај кисеоника. Садржај засићеног кисеоника у води се мења са температуром, а када температура расте, садржај кисеоника се смањује. Садржај засићеног кисеоника у чистој води је већи него у морској води која садржи со (Слика 1), тако да ће садржај засићеног кисеоника у хранљивим растворима са различитим концентрацијама бити различит.

Транспорт кисеоника у матриксу

Кисеоник који корење усева у пластеницима може да добије из хранљивог раствора мора бити у слободном стању, а кисеоник се транспортује у супстрату кроз ваздух и воду и воду око корена. Када је у равнотежи са садржајем кисеоника у ваздуху на датој температури, кисеоник растворен у води достиже максимум, а промена садржаја кисеоника у ваздуху довешће до пропорционалне промене садржаја кисеоника у води.

Утицаји хипоксије као стреса у кореновом окружењу на усеве

Узроци хипоксије корена

Постоји неколико разлога зашто је ризик од хипоксије у хидропонским и супстратним системима узгоја већи лети. Пре свега, засићени садржај кисеоника у води ће се смањивати са порастом температуре. Друго, кисеоник потребан за одржавање раста корена повећава се са порастом температуре. Штавише, количина апсорпције хранљивих материја је већа лети, па је потреба за кисеоником за апсорпцију хранљивих материја већа. То доводи до смањења садржаја кисеоника у кореновом окружењу и недостатка ефикасне суплементације, што доводи до хипоксије у кореновом окружењу.

Апсорпција и раст

Апсорпција већине есенцијалних хранљивих материја зависи од процеса који су уско повезани са метаболизмом корена, који захтевају енергију генерисану дисањем коренских ћелија, односно разградњом фотосинтетских производа у присуству кисеоника. Студије су показале да се 10%~20% укупних асимилата биљака парадајза користи у корену, од чега се 50% користи за апсорпцију хранљивих јона, 40% за раст, а само 10% за одржавање. Корење мора да пронађе кисеоник у директном окружењу где ослобађа CO2.₂У анаеробним условима изазваним лошом вентилацијом у супстратима и хидропоници, хипоксија ће утицати на апсорпцију воде и хранљивих материја. Хипоксија брзо реагује на активну апсорпцију хранљивих материја, наиме нитрата (NO₃^-), калијум (K) и фосфат (PO₄^3-), што ће ометати пасивну апсорпцију калцијума (Ca) и магнезијума (Mg).

Расту корена биљке потребна је енергија, нормалној активности корена потребна је најнижа концентрација кисеоника, а концентрација кисеоника испод вредности COP постаје фактор који ограничава метаболизам ћелија корена (хипоксија). Када је ниво садржаја кисеоника низак, раст се успорава или чак зауставља. Ако делимична хипоксија корена утиче само на гране и лишће, коренов систем може да надокнади део кореновог система који из неког разлога више није активан повећањем локалне апсорпције.

Метаболички механизам биљака зависи од кисеоника као акцептора електрона. Без кисеоника, производња АТП-а ће престати. Без АТП-а, одлив протона из корена ће престати, ћелијски сок ћелија корена ће постати кисео, а ове ћелије ће умрети у року од неколико сати. Привремена и краткотрајна хипоксија неће изазвати неповратан нутритивни стрес код биљака. Због механизма „нитратног дисања“, може бити краткорочна адаптација за суочавање са хипоксијом као алтернативни начин током хипоксије корена. Међутим, дуготрајна хипоксија ће довести до успореног раста, смањења површине листа и смањења свеже и суве тежине, што ће довести до значајног пада приноса усева.

Етилен

Биљке ће формирати етилен in situ под великим стресом. Обично се етилен уклања из корена дифузијом у ваздух земљишта. Када дође до преплављивања, формирање етилена се не само да ће повећати, већ ће се и дифузија значајно смањити јер је корење окружено водом. Повећање концентрације етилена довешће до формирања аерационог ткива у корену (слика 2). Етилен такође може изазвати старење листова, а интеракција између етилена и ауксина повећаће формирање адвентивних коренова.

Кисеонични стрес доводи до смањеног раста листова

АБА се производи у корену и листовима како би се носила са различитим стресовима из околине. У кореновом окружењу, типичан одговор на стрес је затварање стома, што укључује формирање АБА. Пре него што се стоме затворе, врх биљке губи притисак бубрења, горњи листови вене, а ефикасност фотосинтезе такође може да се смањи. Многе студије су показале да стоме реагују на повећање концентрације АБА у апопласту затварањем, односно на укупан садржај АБА у не-листовима ослобађањем интрацелуларне АБА, биљке могу веома брзо повећати концентрацију АБА у апопласту. Када су биљке под стресом из околине, почињу да ослобађају АБА у ћелијама, а сигнал ослобађања корена може се пренети за неколико минута уместо за сате. Повећање АБА у ткиву листа може смањити издужење ћелијског зида и довести до смањења издужења листа. Још један ефекат хипоксије је скраћивање животног века листова, што ће утицати на све листове. Хипоксија обично доводи до смањења транспорта цитокинина и нитрата. Недостатак азота или цитокинина скратиће време одржавања лисне површине и зауставити раст грана и лишћа у року од неколико дана.

Оптимизација кисеоничног окружења кореновог система усева

Карактеристике супстрата су одлучујуће за дистрибуцију воде и кисеоника. Концентрација кисеоника у кореновом окружењу поврћа у пластеницима је углавном повезана са капацитетом задржавања воде супстрата, наводњавањем (величином и учесталошћу), структуром супстрата и температуром трака супстрата. Само када је садржај кисеоника у кореновом окружењу најмање изнад 10% (4~5 мг/Л), активност корена може се одржати у најбољем стању.

Коренов систем усева је веома важан за раст биљака и отпорност биљних болести. Вода и хранљиве материје ће се апсорбовати у складу са потребама биљака. Међутим, ниво кисеоника у кореновом окружењу у великој мери одређује ефикасност апсорпције хранљивих материја и воде и квалитет кореновог система. Довољан ниво кисеоника у кореновом окружењу може осигурати здравље кореновог система, тако да биљке имају бољу отпорност на патогене микроорганизме (слика 3). Адекватан ниво кисеоника у супстрату такође минимизира ризик од анаеробних услова, чиме се минимизира ризик од патогених микроорганизама.

Потрошња кисеоника у кореновом окружењу

Максимална потрошња кисеоника усева може бити и до 40 мг/м2/х (потрошња зависи од усева). У зависности од температуре, вода за наводњавање може садржати и до 7~8 мг/л кисеоника (слика 4). Да би се достигло 40 мг, потребно је дати 5 литара воде сваког сата како би се задовољиле потребе за кисеоником, али у ствари, количина за наводњавање у једном дану можда неће бити достигнута. То значи да кисеоник који се обезбеђује наводњавањем игра само малу улогу. Већина кисеоника стиже до коренске зоне кроз поре у матриксу, а допринос снабдевања кисеоником кроз поре је чак 90%, у зависности од доба дана. Када испаравање биљака достигне максимум, количина за наводњавање такође достиже максимум, што је еквивалентно 1~1,5 л/м2/х. Ако вода за наводњавање садржи 7 мг/л кисеоника, обезбедиће 7~11 мг/м2/х кисеоника за коренску зону. То је еквивалентно 17%~25% потреба. Наравно, ово се односи само на ситуацију да се вода за наводњавање сиромашна кисеоником у супстрату замењује свежом водом за наводњавање.

Поред потрошње корена, микроорганизми у кореновом окружењу такође троше кисеоник. Тешко је квантификовати ово јер није вршено мерење у том погледу. Пошто се нови супстрати замењују сваке године, може се претпоставити да микроорганизми играју релативно малу улогу у потрошњи кисеоника.

Оптимизујте температуру околине корена

Температура околине кореновог система је веома важна за нормалан раст и функцију кореновог система, а такође је важан фактор који утиче на апсорпцију воде и хранљивих материја од стране кореновог система.

Прениска температура супстрата (температура корена) може довести до отежане апсорпције воде. На 5℃, апсорпција је 70%~80% нижа него на 20℃. Ако је ниска температура супстрата праћена високом температуром, то ће довести до увенућа биљке. Апсорпција јона очигледно зависи од температуре, што инхибира апсорпцију јона на ниској температури, а осетљивост различитих хранљивих елемената на температуру је различита.

Превисока температура супстрата је такође бескорисна и може довести до превеликог кореновог система. Другим речима, постоји неуравнотежена расподела суве материје у биљкама. Пошто је коренов систем превелик, доћи ће до непотребних губитака кроз дисање, а овај део изгубљене енергије могао је бити искоришћен за жетву биљке. На вишој температури супстрата, садржај раствореног кисеоника је нижи, што има много већи утицај на садржај кисеоника у кореновом окружењу него кисеоник који троше микроорганизми. Коренов систем троши много кисеоника, па чак и доводи до хипоксије у случају лоше структуре супстрата или земљишта, чиме се смањује апсорпција воде и јона.

Одржавати разуман капацитет матрице задржавања воде.

Постоји негативна корелација између садржаја воде и процентуалног садржаја кисеоника у матрици. Када се садржај воде повећава, садржај кисеоника се смањује и обрнуто. Постоји критични опсег између садржаја воде и кисеоника у матрици, односно 80%~85% садржаја воде (слика 5). Дугорочно одржавање садржаја воде изнад 85% у супстрату утицаће на снабдевање кисеоником. Већина снабдевања кисеоником (75%~90%) одвија се кроз поре у матрици.

Додавање заливања садржају кисеоника у супстрату

Више сунчеве светлости ће довести до веће потрошње кисеоника и ниже концентрације кисеоника у корену (слика 6), а више шећера ће повећати потрошњу кисеоника ноћу. Транспирација је јака, апсорпција воде је велика, а у супстрату има више ваздуха и више кисеоника. Са леве стране слике 7 може се видети да ће се садржај кисеоника у супстрату благо повећати након наводњавања под условом да је капацитет задржавања воде супстрата висок, а садржај ваздуха веома низак. Као што је приказано са десне стране слике 7, под условом релативно бољег осветљења, садржај ваздуха у супстрату се повећава због веће апсорпције воде (иста времена наводњавања). Релативни утицај наводњавања на садржај кисеоника у супстрату је далеко мањи од капацитета задржавања воде (садржаја ваздуха) у супстрату.

Дискутујте

У стварној производњи, садржај кисеоника (ваздуха) у кореновом окружењу усева се лако занемарује, али је важан фактор за обезбеђивање нормалног раста усева и здравог развоја корена.

Да би се постигао максималан принос током производње усева, веома је важно заштитити коренов систем у најбољем могућем стању. Студије су показале да је О₂Садржај у кореновом систему испод 4 мг/л имаће негативан утицај на раст усева. О₂Садржај у кореновом окружењу углавном је под утицајем наводњавања (количина и учесталост наводњавања), структуре супстрата, садржаја воде у супстрату, температуре стакленика и супстрата, а различити обрасци садње биће различити. Алге и микроорганизми такође имају одређену везу са садржајем кисеоника у кореновом окружењу хидропонских усева. Хипоксија не само да узрокује спор развој биљака, већ и повећава притисак коренских патогена (питијум, фитофтора, фузаријум) на раст корена.

Стратегија наводњавања има значајан утицај на О₂садржаја у супстрату, а такође је и контролисанији начин у процесу садње. Неке студије садње ружа су откриле да полако повећање садржаја воде у супстрату (ујутру) може довести до бољег стања кисеоника. У супстрату са ниским капацитетом задржавања воде, супстрат може одржати висок садржај кисеоника, а истовремено је потребно избећи разлику у садржају воде између супстрата већом учесталошћу заливања и краћим интервалима. Што је нижи капацитет задржавања воде супстрата, већа је разлика између супстрата. Влажнији супстрат, мања учесталост заливања и дужи интервали обезбеђују већу замену ваздуха и повољније услове кисеоника.

Дренажа супстрата је још један фактор који има велики утицај на брзину обнављања и градијент концентрације кисеоника у супстрату, у зависности од врсте и капацитета задржавања воде супстрата. Течност за наводњавање не би требало да остане на дну супстрата предуго, већ би требало да се брзо испушта како би свежа вода за наводњавање обогаћена кисеоником могла поново да доспе до дна супстрата. На брзину дренаже може се утицати неким релативно једноставним мерама, као што је нагиб супстрата у уздужном и попречном правцу. Што је већи нагиб, то је већа брзина дренаже. Различите супстрате имају различите отворе, а број излаза је такође различит.

КРАЈ

[информације о цитирању]

Сје Јуанпеј. Утицај садржаја кисеоника у корену усева у пластеницима на раст усева [J]. Пољопривредна инжењерска технологија, 2022,42(31):21-24.