Lantbruksteknik för växthusodling Publicerad i Peking kl. 17:30 den 13 januari 2023.

Absorptionen av de flesta näringsämnen är en process som är nära relaterad till växtrötternas metaboliska aktiviteter.Dessa processer kräver energi som genereras av rotcellsandning, och vattenabsorptionen regleras också av temperatur och andning, och andning kräver deltagande av syre, så syre i rotmiljön har en avgörande inverkan på den normala tillväxten av grödor.Innehållet löst syre i vatten påverkas av temperatur och salthalt, och substratets struktur bestämmer lufthalten i rotmiljön.Bevattning har stora skillnader i förnyelse och tillskott av syrehalt i substrat med olika vattenhaltstillstånd.Det finns många faktorer för att optimera syrehalten i rotmiljön, men påverkansgraden av varje faktor är ganska olika.Att upprätthålla rimlig substratvattenhållningskapacitet (luftinnehåll) är förutsättningen för att bibehålla hög syrehalt i rotmiljön.

Effekter av temperatur och salthalt på mättad syrehalt i lösning

Innehållet löst syre i vatten

Löst syre löses i obundet eller fritt syre i vatten, och halten av löst syre i vatten når maximalt vid en viss temperatur, vilket är den mättade syrehalten.Den mättade syrehalten i vattnet förändras med temperaturen, och när temperaturen ökar minskar syrehalten.Den mättade syrehalten i klart vatten är högre än den i salthaltigt havsvatten (Figur 1), så halten av mättat syre i näringslösningar med olika koncentrationer kommer att vara olika.

Transport av syre i matris

Syret som växthusgrödor kan få från näringslösning måste vara i fritt tillstånd och syre transporteras i substratet genom luft och vatten och vatten runt rötterna.När det är i jämvikt med syrehalten i luften vid en given temperatur, når syre löst i vatten maximum, och förändringen av syrehalten i luften kommer att leda till en proportionell förändring av syrehalten i vattnet.

Effekter av hypoxistress i rotmiljö på grödor

Orsaker till rothypoxi

Det finns flera anledningar till att risken för hypoxi i hydrokultur och substratodlingssystem är högre på sommaren.Först och främst kommer halten av mättat syre i vattnet att minska när temperaturen stiger.För det andra ökar syret som krävs för att upprätthålla rottillväxten med stigande temperatur.Dessutom är mängden näringsupptag högre på sommaren, så behovet av syre för näringsupptaget är högre.Det leder till en minskning av syrehalten i rotmiljön och avsaknaden av effektivt tillskott, vilket leder till hypoxi i rotmiljön.

Absorption och tillväxt

Absorptionen av de flesta väsentliga näringsämnen beror på de processer som är nära relaterade till rotmetabolism, som kräver den energi som genereras av rotcellsandning, det vill säga nedbrytningen av fotosyntetiska produkter i närvaro av syre.Studier har visat att 10%~20% av de totala assimilaten av tomatplantor används i rötter, varav 50% används för absorption av näringsämnen, 40% för tillväxt och endast 10% för underhåll.Rötter måste hitta syre i den direkta miljön där de släpper ut CO₂.Under anaeroba förhållanden orsakade av dålig ventilation i substrat och hydroponics kommer hypoxi att påverka absorptionen av vatten och näringsämnen.Hypoxi har ett snabbt svar på den aktiva absorptionen av näringsämnen, nämligen nitrat (NO₃^-kalium (K) och fosfat (PO₄^3-), vilket kommer att störa den passiva absorptionen av kalcium (Ca) och magnesium (Mg).

Plantrots tillväxt behöver energi, normal rotaktivitet kräver den lägsta syrekoncentrationen och syrekoncentrationen under COP-värdet blir en faktor som begränsar rotcellsmetabolismen (hypoxi).När syrehalten är låg saktar tillväxten ner eller till och med stannar.Om partiell rothypoxi bara drabbar grenar och löv kan rotsystemet kompensera för den del av rotsystemet som av någon anledning inte längre är aktiv genom att öka det lokala upptaget.

Växtens metaboliska mekanism beror på syre som elektronacceptor.Utan syre kommer ATP-produktionen att upphöra.Utan ATP kommer utflödet av protoner från rötterna att upphöra, cellsaven från rotceller blir sur och dessa celler kommer att dö inom några timmar.Tillfällig och kortvarig hypoxi kommer inte att orsaka irreversibel näringsstress hos växter.På grund av mekanismen för "nitratandning" kan det vara en kortsiktig anpassning för att klara av hypoxi som ett alternativt sätt under rothypoxi.Långvarig hypoxi kommer dock att leda till långsam tillväxt, minskad bladarea och minskad färsk- och torrvikt, vilket kommer att leda till en betydande minskning av skörden.

Eten

Växter kommer att bilda eten på plats under mycket stress.Vanligtvis avlägsnas eten från rötterna genom att diffundera in i markluften.När vattensjuka inträffar kommer inte bara bildningen av eten att öka utan även diffusionen minskar kraftigt eftersom rötterna är omgivna av vatten.Ökningen av etenkoncentrationen kommer att leda till bildandet av luftningsvävnad i rötter (Figur 2).Eten kan också orsaka bladåldrande, och interaktionen mellan eten och auxin kommer att öka bildandet av oavsiktliga rötter.

Syrestress leder till minskad bladtillväxt

ABA produceras i rötter och blad för att klara olika miljöpåfrestningar.I rotmiljön är det typiska svaret på stress stomatal stängning, vilket involverar bildandet av ABA.Innan stomata stängs tappar toppen av växten svullnadstrycket, de översta bladen vissnar och fotosynteseffektiviteten kan också minska.Många studier har visat att stomata svarar på ökningen av ABA-koncentrationen i apoplast genom att stänga, det vill säga det totala ABA-innehållet i icke-blad genom att frisätta intracellulär ABA, växter kan öka koncentrationen av apoplast ABA mycket snabbt.När växter utsätts för miljöstress börjar de frigöra ABA i cellerna, och rotfrisättningssignalen kan överföras på minuter istället för timmar.Ökningen av ABA i bladvävnad kan minska förlängningen av cellväggen och leda till en minskning av bladförlängningen.En annan effekt av hypoxi är att livslängden för bladen förkortas, vilket kommer att påverka alla blad.Hypoxi leder vanligtvis till en minskning av cytokinin- och nitrattransport.Brist på kväve eller cytokinin kommer att förkorta underhållstiden för bladarean och stoppa tillväxten av grenar och löv inom några dagar.

Optimering av syremiljön i grödans rotsystem

Substrats egenskaper är avgörande för fördelningen av vatten och syre.Syrekoncentrationen i rotmiljön hos växthusgrönsaker är huvudsakligen relaterad till substratets vattenhållande förmåga, bevattning (storlek och frekvens), substratstruktur och substratremstemperatur.Endast när syrehalten i rotmiljön är minst över 10 % (4~5mg/L) kan rotaktiviteten bibehållas i bästa tillstånd.

Grödornas rotsystem är mycket viktigt för växternas tillväxt och resistens mot växtsjukdomar.Vatten och näringsämnen kommer att absorberas enligt växternas behov.Syrenivån i rotmiljön bestämmer dock till stor del absorptionseffektiviteten av näringsämnen och vatten och rotsystemets kvalitet.Tillräcklig syrenivå i rotsystemets miljö kan säkerställa hälsan hos rotsystemet, så att växter har bättre motståndskraft mot patogena mikroorganismer (Figur 3).Tillräcklig syrehalt i substratet minimerar också risken för anaeroba tillstånd, vilket minimerar risken för patogena mikroorganismer.

Syreförbrukning i rotmiljö

Den maximala syreförbrukningen för grödor kan vara så hög som 40 mg/m2/h (förbrukningen beror på grödor).Beroende på temperaturen kan bevattningsvattnet innehålla upp till 7~8mg/L syre (Figur 4).För att nå 40 mg måste 5L vatten ges varje timme för att möta syrebehovet, men i själva verket kan bevattningsmängden på en dag inte nås.Det betyder att syret som ges av bevattning endast spelar en liten roll.Det mesta av syretillförseln når rotzonen genom porer i matrisen, och bidraget från syretillförseln genom porerna är så högt som 90 %, beroende på tid på dygnet.När avdunstning av växter når max, når bevattningsmängden också max, vilket motsvarar 1~1,5L/m2/h.Om bevattningsvattnet innehåller 7mg/L syre kommer det att ge 7~11mg/m2/h syre till rotzonen.Detta motsvarar 17%~25% av efterfrågan.Detta gäller givetvis endast den situationen att det syrefattiga bevattningsvattnet i substratet ersätts med färskt bevattningsvatten.

Förutom konsumtion av rötter förbrukar mikroorganismer i rotmiljön också syre.Det är svårt att kvantifiera detta eftersom ingen mätning har gjorts i detta avseende.Eftersom nya substrat byts ut varje år kan man anta att mikroorganismer spelar en relativt liten roll för syreförbrukningen.

Optimera omgivningstemperaturen för rötter

Omgivningstemperaturen i rotsystemet är mycket viktig för rotsystemets normala tillväxt och funktion, och det är också en viktig faktor som påverkar rotsystemets absorption av vatten och näringsämnen.

För låg substrattemperatur (rottemperatur) kan leda till svårighet att absorbera vatten.Vid 5 ℃ är absorptionen 70 % ~ 80 % lägre än vid 20 ℃.Om låg substrattemperatur åtföljs av hög temperatur kommer det att leda till att växten vissnar.Jonabsorption beror självklart på temperatur, vilket hämmar jonabsorption vid låg temperatur, och olika näringsämnens känslighet för temperatur är olika.

För hög substrattemperatur är också värdelös och kan leda till för stort rotsystem.Det finns med andra ord en obalanserad fördelning av torrsubstans i växter.Eftersom rotsystemet är för stort uppstår onödiga förluster genom andning, och denna del av den förlorade energin kunde ha använts för skördedelen av plantan.Vid högre substrattemperatur är halten löst syre lägre, vilket har en mycket större inverkan på syrehalten i rotmiljön än syre som förbrukas av mikroorganismer.Rotsystemet förbrukar mycket syre, och leder till och med till hypoxi vid dålig substrat- eller jordstruktur, vilket minskar absorptionen av vatten och joner.

Upprätthåll rimlig vattenhållningskapacitet hos matrisen.

Det finns en negativ korrelation mellan vattenhalten och den procentuella halten syre i matrisen.När vattenhalten ökar minskar syrehalten och vice versa.Det finns ett kritiskt intervall mellan vattenhalt och syre i matrisen, det vill säga 80%~85% vattenhalt (Figur 5).Långsiktigt underhåll av vattenhalt över 85 % i substratet kommer att påverka syretillförseln.Det mesta av syretillförseln (75%~90%) sker genom porerna i matrisen.

Komplettering av bevattning till syrehalt i substrat

Mer solljus kommer att leda till högre syreförbrukning och lägre syrekoncentration i rötterna (Figur 6), och mer socker kommer att göra syreförbrukningen högre på natten.Transpirationen är stark, vattenabsorptionen är stor och det finns mer luft och mer syre i substratet.Det kan ses från vänster i figur 7 att syrehalten i substratet kommer att öka något efter bevattning under förutsättning att substratets vattenhållande förmåga är hög och lufthalten är mycket låg.Som visas till höger i fig.7, under förhållandet bättre belysning, ökar luftinnehållet i substratet på grund av mer vattenabsorption (samma bevattningstider).Den relativa inverkan av bevattning på syrehalten i substratet är mycket mindre än vattenhållningskapaciteten (lufthalten) i substratet.

Diskutera

I den faktiska produktionen förbises lätt innehållet av syre (luft) i rotmiljön, men det är en viktig faktor för att säkerställa en normal tillväxt av grödor och en sund utveckling av rötter.

För att få maximal avkastning under växtodlingen är det mycket viktigt att skydda rotsystemsmiljön i bästa skick så mycket som möjligt.Studier har visat att O₂innehåll i rotsystemmiljön under 4mg/L kommer att ha en negativ inverkan på grödans tillväxt.O₂innehållet i rotmiljön påverkas främst av bevattning (bevattningsmängd och frekvens), substratstruktur, substratets vattenhalt, växthus- och substrattemperatur och olika planteringsmönster kommer att vara olika.Alger och mikroorganismer har också ett visst samband med syrehalten i hydroponiska grödors rotmiljö.Hypoxi orsakar inte bara en långsam utveckling av växter, utan ökar också trycket från rotpatogener (pythium, phytophthora, fusarium) på rottillväxt.

Bevattningsstrategi har ett betydande inflytande på O₂innehållet i substratet, och det är också ett mer kontrollerbart sätt i planteringsprocessen.Vissa rosenplanteringsstudier har funnit att en långsam ökning av vattenhalten i substratet (på morgonen) kan få ett bättre syretillstånd.I substratet med låg vattenhållande kapacitet kan substratet bibehålla hög syrehalt, och samtidigt är det nödvändigt att undvika skillnaden i vattenhalt mellan substraten genom högre bevattningsfrekvens och kortare intervall.Ju lägre vattenhållande kapacitet för substrat, desto större är skillnaden mellan substrat.Fuktigt underlag, lägre bevattningsfrekvens och längre intervall säkerställer mer luftersättning och gynnsamma syreförhållanden.

Dräneringen av substratet är en annan faktor som har stor inverkan på förnyelsehastigheten och syrekoncentrationsgradienten i substratet, beroende på substratets typ och vattenhållande förmåga.Bevattningsvätskan bör inte stanna på botten av substratet för länge utan bör tömmas ut snabbt så att färskt syreberikat bevattningsvatten kan nå botten av substratet igen.Dräneringshastigheten kan påverkas av några relativt enkla åtgärder, såsom substratets lutning i längd- och breddriktningarna.Ju större lutning, desto snabbare dräneringshastighet.Olika substrat har olika öppningar och antalet utlopp är också olika.

SLUTET

[citatinformation]

Xie Yuanpei.Effekter av miljöns syreinnehåll i växthusgrödor på grödans tillväxt [J].Lantbruksteknik, 2022,42(31):21-24.