Siltumnīcu dārzkopības lauksaimniecības inženiertehniskā tehnoloģijaPublicēts Pekinā, 2023. gada 13. janvārī plkst. 17:30.

Lielākās daļas uzturvielu elementu uzsūkšanās ir process, kas ir cieši saistīts ar augu sakņu vielmaiņas aktivitātēm.Šiem procesiem nepieciešama enerģija, ko rada sakņu šūnu elpošana, un ūdens uzsūkšanos regulē arī temperatūra un elpošana, un elpošanai ir nepieciešama skābekļa līdzdalība, tāpēc skābeklis sakņu vidē vitāli ietekmē normālu labības augšanu.Ūdenī izšķīdušā skābekļa saturu ietekmē temperatūra un sāļums, un substrāta struktūra nosaka gaisa saturu sakņu vidē.Apūdeņošanai ir lielas atšķirības skābekļa satura atjaunošanā un papildināšanā substrātos ar dažādiem ūdens satura stāvokļiem.Ir daudz faktoru, lai optimizētu skābekļa saturu sakņu vidē, taču katra faktora ietekmes pakāpe ir diezgan atšķirīga.Saprātīgas substrāta ūdens noturēšanas spējas (gaisa satura) uzturēšana ir priekšnoteikums augsta skābekļa satura saglabāšanai sakņu vidē.

Temperatūras un sāļuma ietekme uz piesātinātā skābekļa saturu šķīdumā

Izšķīdinātā skābekļa saturs ūdenī

Izšķīdušais skābeklis tiek izšķīdināts nesaistītajā jeb brīvajā skābeklī ūdenī, un izšķīdinātā skābekļa saturs ūdenī sasniegs maksimumu noteiktā temperatūrā, kas ir piesātinātā skābekļa saturs.Piesātinātā skābekļa saturs ūdenī mainās līdz ar temperatūru, un, temperatūrai paaugstinoties, skābekļa saturs samazinās.Piesātinātā skābekļa saturs tīrā ūdenī ir augstāks nekā sāli saturošā jūras ūdenī (1. attēls), tāpēc dažādu koncentrāciju barības vielu šķīdumos piesātinātā skābekļa saturs būs atšķirīgs.

Skābekļa transportēšana matricā

Skābeklim, ko siltumnīcas kultūru saknes var iegūt no barības vielu šķīduma, jābūt brīvā stāvoklī, un skābeklis substrātā tiek transportēts pa gaisu un ūdeni un ūdeni ap saknēm.Kad tas ir līdzsvarā ar skābekļa saturu gaisā noteiktā temperatūrā, ūdenī izšķīdinātais skābeklis sasniedz maksimumu, un skābekļa satura izmaiņas gaisā izraisīs proporcionālas skābekļa satura izmaiņas ūdenī.

Hipoksijas stresa ietekme sakņu vidē uz kultūraugiem

Sakņu hipoksijas cēloņi

Ir vairāki iemesli, kāpēc vasarā hipoksijas risks hidroponikas un substrātu audzēšanas sistēmās ir lielāks.Pirmkārt, piesātinātā skābekļa saturs ūdenī samazināsies, paaugstinoties temperatūrai.Otrkārt, paaugstinoties temperatūrai, palielinās sakņu augšanas uzturēšanai nepieciešamais skābeklis.Turklāt vasarā ir lielāks barības vielu uzsūkšanās daudzums, tāpēc barības vielu uzsūkšanai ir lielāks skābekļa pieprasījums.Tas noved pie skābekļa satura samazināšanās sakņu vidē un efektīvas piedevas trūkuma, kas izraisa hipoksiju sakņu vidē.

Absorbcija un izaugsme

Būtiskāko barības vielu uzsūkšanās ir atkarīga no procesiem, kas ir cieši saistīti ar sakņu vielmaiņu, kam nepieciešama enerģija, ko rada sakņu šūnu elpošana, tas ir, fotosintēzes produktu sadalīšanās skābekļa klātbūtnē.Pētījumi liecina, ka 10%~20% no kopējiem tomātu augu asimilātiem tiek izmantoti saknēs, no kuriem 50% tiek izmantoti barības vielu jonu absorbcijai, 40% augšanai un tikai 10% uzturēšanai.Saknēm ir jāatrod skābeklis tiešā vidē, kur tās izdala CO₂.Anaerobos apstākļos, ko izraisa slikta substrātu ventilācija un hidroponika, hipoksija ietekmēs ūdens un barības vielu uzsūkšanos.Hipoksija ātri reaģē uz aktīvu barības vielu, proti, nitrātu (NO) uzsūkšanos₃^-), kālijs (K) un fosfāts (PO₄^3-), kas traucēs kalcija (Ca) un magnija (Mg) pasīvo uzsūkšanos.

Augu sakņu augšanai nepieciešama enerģija, normālai sakņu aktivitātei nepieciešama zemākā skābekļa koncentrācija, un skābekļa koncentrācija zem COP vērtības kļūst par sakņu šūnu metabolismu ierobežojošu faktoru (hipoksiju).Ja skābekļa saturs ir zems, augšana palēninās vai pat apstājas.Ja daļēja sakņu hipoksija skar tikai zarus un lapas, sakņu sistēma var kompensēt to sakņu sistēmas daļu, kas kādu iemeslu dēļ vairs nav aktīva, palielinot lokālo uzsūkšanos.

Augu vielmaiņas mehānisms ir atkarīgs no skābekļa kā elektronu akceptora.Bez skābekļa ATP ražošana apstāsies.Bez ATP apstāsies protonu aizplūšana no saknēm, sakņu šūnu sulas kļūs skābas, un šīs šūnas dažu stundu laikā iet bojā.Īslaicīga un īslaicīga hipoksija neizraisīs neatgriezenisku uzturvērtību augiem."Nitrātu elpošanas" mehānisma dēļ tā var būt īslaicīga adaptācija, lai tiktu galā ar hipoksiju kā alternatīvu veidu sakņu hipoksijas laikā.Tomēr ilgstoša hipoksija izraisīs lēnu augšanu, lapu platības samazināšanos un svaigas un sausas masas samazināšanos, kas izraisīs ievērojamu ražas samazināšanos.

Etilēns

Liela stresa apstākļos augi veidos etilēnu in situ.Parasti etilēns tiek noņemts no saknēm, izkliedējot augsnes gaisā.Kad notiek ūdens aizsērēšana, ne tikai palielināsies etilēna veidošanās, bet arī ievērojami samazināsies difūzija, jo saknes ieskauj ūdens.Etilēna koncentrācijas palielināšanās izraisīs aerācijas audu veidošanos saknēs (2. attēls).Etilēns var izraisīt arī lapu novecošanos, un etilēna un auksīna mijiedarbība palielinās nejaušu sakņu veidošanos.

Skābekļa stress samazina lapu augšanu

ABA tiek ražots saknēs un lapās, lai tiktu galā ar dažādu vides stresu.Sakņu vidē tipiskā reakcija uz stresu ir stomatāla slēgšana, kas ietver ABA veidošanos.Pirms stomatu aizvēršanas auga augšdaļa zaudē pietūkuma spiedienu, augšējās lapas novīst, un var samazināties arī fotosintēzes efektivitāte.Daudzi pētījumi ir parādījuši, ka stomas reaģē uz ABA koncentrācijas palielināšanos apoplastā, aizverot, tas ir, kopējo ABA saturu nelapās, izdalot intracelulāro ABA, augi var ļoti ātri palielināt apoplasta ABA koncentrāciju.Kad augi ir pakļauti vides stresam, tie sāk izdalīt ABA šūnās, un sakņu atbrīvošanas signālu var pārraidīt minūtēs, nevis stundās.ABA palielināšanās lapu audos var samazināt šūnu sienas pagarinājumu un izraisīt lapu pagarinājuma samazināšanos.Vēl viens hipoksijas efekts ir tas, ka lapu dzīves ilgums tiek saīsināts, kas ietekmēs visas lapas.Hipoksija parasti izraisa citokinīna un nitrātu transporta samazināšanos.Slāpekļa vai citokinīna trūkums saīsinās lapu platības uzturēšanas laiku un apturēs zaru un lapu augšanu dažu dienu laikā.

Skābekļa vides optimizēšana labības sakņu sistēmā

Substrāta īpašības ir izšķirošas ūdens un skābekļa sadalījumam.Skābekļa koncentrācija siltumnīcas dārzeņu sakņu vidē galvenokārt ir saistīta ar substrāta ūdens noturēšanas spēju, apūdeņošanu (lielumu un biežumu), substrāta struktūru un substrāta sloksnes temperatūru.Tikai tad, ja skābekļa saturs sakņu vidē ir vismaz virs 10% (4 ~ 5 mg/l), sakņu aktivitāti var uzturēt vislabākajā stāvoklī.

Kultūraugu sakņu sistēma ir ļoti svarīga augu augšanai un augu slimību izturībai.Ūdens un barības vielas tiks uzņemtas atbilstoši augu vajadzībām.Taču skābekļa līmenis sakņu vidē lielā mērā nosaka barības vielu un ūdens uzsūkšanās efektivitāti un sakņu sistēmas kvalitāti.Pietiekams skābekļa līmenis sakņu sistēmas vidē var nodrošināt sakņu sistēmas veselību, lai augiem būtu labāka izturība pret patogēniem mikroorganismiem (3. attēls).Atbilstošs skābekļa līmenis substrātā samazina arī anaerobo apstākļu risku, tādējādi samazinot patogēno mikroorganismu risku.

Skābekļa patēriņš sakņu vidē

Maksimālais skābekļa patēriņš kultūraugiem var būt pat 40mg/m2/h (patēriņš ir atkarīgs no kultūraugiem).Atkarībā no temperatūras apūdeņošanas ūdens var saturēt līdz 7–8 mg/l skābekļa (4. attēls).Lai sasniegtu 40 mg, katru stundu ir jādod 5L ūdens, lai apmierinātu skābekļa patēriņu, taču faktiski vienā dienā apūdeņošanas daudzumu var nesasniegt.Tas nozīmē, ka skābeklis, ko nodrošina apūdeņošana, spēlē tikai nelielu lomu.Lielākā daļa skābekļa padeves sasniedz sakņu zonu caur porām matricā, un skābekļa piegādes devums caur porām ir pat 90% atkarībā no diennakts laika.Kad augu iztvaikošana sasniedz maksimumu, arī apūdeņošanas apjoms sasniedz maksimumu, kas ir līdzvērtīgs 1-1,5L/m2/h.Ja apūdeņošanas ūdens satur 7 mg/l skābekļa, tas sakņu zonai nodrošinās 7–11 mg/m2/h skābekli.Tas atbilst 17% ~ 25% no pieprasījuma.Protams, tas attiecas tikai uz situāciju, ka substrātā ar skābekli nabadzīgais apūdeņošanas ūdens tiek aizstāts ar svaigu apūdeņošanas ūdeni.

Papildus sakņu patēriņam mikroorganismi sakņu vidē patērē arī skābekli.To ir grūti noteikt kvantitatīvi, jo šajā ziņā nav veikti mērījumi.Tā kā katru gadu tiek nomainīti jauni substrāti, var pieņemt, ka mikroorganismiem ir salīdzinoši neliela loma skābekļa patēriņā.

Optimizējiet sakņu vides temperatūru

Sakņu sistēmas vides temperatūra ir ļoti svarīga normālai sakņu sistēmas augšanai un darbībai, kā arī svarīgs faktors, kas ietekmē sakņu sistēmas ūdens un barības vielu uzsūkšanos.

Pārāk zema substrāta temperatūra (saknes temperatūra) var radīt grūtības ūdens uzsūkšanā.Pie 5 ℃ absorbcija ir par 70% ~ 80% zemāka nekā pie 20 ℃.Ja zemu substrāta temperatūru pavada augsta temperatūra, tas novedīs pie augu vītuma.Jonu absorbcija acīmredzami ir atkarīga no temperatūras, kas kavē jonu absorbciju zemā temperatūrā, un dažādu uzturvielu elementu jutība pret temperatūru ir atšķirīga.

Arī pārāk augsta substrāta temperatūra ir bezjēdzīga, un tā var izraisīt pārāk lielu sakņu sistēmu.Citiem vārdiem sakot, augos ir nelīdzsvarots sausnas sadalījums.Tā kā sakņu sistēma ir pārāk liela, elpojot radīsies nevajadzīgi zaudējumi, un šo zaudētās enerģijas daļu varēja izmantot auga ražas daļai.Augstākā substrāta temperatūrā izšķīdušā skābekļa saturs ir mazāks, kas daudz vairāk ietekmē skābekļa saturu sakņu vidē nekā mikroorganismu patērētais skābeklis.Sakņu sistēma patērē daudz skābekļa, sliktas substrāta vai augsnes struktūras gadījumā pat izraisa hipoksiju, tādējādi samazinot ūdens un jonu uzsūkšanos.

Saglabājiet matricas saprātīgu ūdens aizturēšanas spēju.

Pastāv negatīva korelācija starp ūdens saturu un procentuālo skābekļa saturu matricā.Palielinoties ūdens saturam, skābekļa saturs samazinās un otrādi.Ir kritisks diapazons starp ūdens saturu un skābekli matricā, tas ir, 80% ~ 85% ūdens saturs (5. attēls).Ilgstoša ūdens satura uzturēšana virs 85% substrātā ietekmēs skābekļa piegādi.Lielākā daļa skābekļa padeves (75% ~ 90%) notiek caur matricas porām.

Apūdeņošanas papildinājums skābekļa saturam substrātā

Vairāk saules gaismas palielinās skābekļa patēriņu un zemāku skābekļa koncentrāciju saknēs (6. attēls), un vairāk cukura palielinās skābekļa patēriņu naktī.Transpirācija ir spēcīga, ūdens absorbcija ir liela, un substrātā ir vairāk gaisa un vairāk skābekļa.No 7. attēla kreisās puses var redzēt, ka skābekļa saturs substrātā nedaudz palielināsies pēc apūdeņošanas, ja substrāta ūdens noturēšanas spēja ir augsta un gaisa saturs ir ļoti zems.Kā parādīts attēla labajā pusē.7, salīdzinoši labāka apgaismojuma apstākļos gaisa saturs substrātā palielinās, jo tiek absorbēts vairāk ūdens (vienādi apūdeņošanas laiki).Apūdeņošanas relatīvā ietekme uz skābekļa saturu substrātā ir daudz mazāka nekā ūdens noturības spēja (gaisa saturs) substrātā.

Apspriest

Faktiskajā ražošanā skābekļa (gaisa) saturs labības sakņu vidē tiek viegli neievērots, taču tas ir svarīgs faktors, lai nodrošinātu normālu labības augšanu un veselīgu sakņu attīstību.

Lai augkopības laikā iegūtu maksimālu ražu, ļoti svarīgi ir maksimāli aizsargāt sakņu sistēmas vidi vislabākajā stāvoklī.Pētījumi liecina, ka O₂saturs sakņu sistēmas vidē zem 4mg/l negatīvi ietekmēs ražas augšanu.O₂saturu sakņu vidē galvenokārt ietekmē apūdeņošana (apūdeņošanas daudzums un biežums), substrāta struktūra, substrāta ūdens saturs, siltumnīcas un substrāta temperatūra, un dažādi stādīšanas modeļi būs atšķirīgi.Aļģēm un mikroorganismiem ir arī noteikta saistība ar skābekļa saturu hidroponisko kultūru sakņu vidē.Hipoksija ne tikai izraisa lēnu augu attīstību, bet arī palielina sakņu patogēnu (pitija, fitoftora, fuzario) spiedienu uz sakņu augšanu.

Apūdeņošanas stratēģijai ir būtiska ietekme uz O₂saturs substrātā, un tas ir arī vairāk kontrolējams veids stādīšanas procesā.Dažos rožu stādīšanas pētījumos ir atklāts, ka, lēnām palielinot ūdens saturu substrātā (no rīta), var iegūt labāku skābekļa stāvokli.Substrātā ar zemu ūdens noturības spēju substrāts var uzturēt augstu skābekļa saturu, un tajā pašā laikā ir jāizvairās no ūdens satura atšķirībām starp substrātiem, izmantojot lielāku apūdeņošanas biežumu un īsāku intervālu.Jo zemāka ir substrātu ūdens noturības spēja, jo lielāka ir atšķirība starp substrātiem.Mitrs substrāts, mazāks apūdeņošanas biežums un garāks intervāls nodrošina lielāku gaisa nomaiņu un labvēlīgus skābekļa apstākļus.

Pamatnes drenāža ir vēl viens faktors, kam ir liela ietekme uz atjaunošanās ātrumu un skābekļa koncentrācijas gradientu substrātā atkarībā no substrāta veida un ūdens noturības spējas.Apūdeņošanas šķidrums nedrīkst pārāk ilgi palikt substrāta apakšā, bet tas ir ātri jāiztukšo, lai svaigs, ar skābekli bagātināts apūdeņošanas ūdens atkal varētu sasniegt substrāta dibenu.Drenāžas ātrumu var ietekmēt daži salīdzinoši vienkārši pasākumi, piemēram, pamatnes slīpums garenvirzienā un platuma virzienā.Jo lielāks slīpums, jo ātrāks ir drenāžas ātrums.Dažādiem substrātiem ir dažādas atveres, un arī izvadu skaits ir atšķirīgs.

BEIGAS

[informācija par atsauci]

Sji Juanpejs.Vides skābekļa satura ietekme siltumnīcas kultūru saknēs uz kultūraugu augšanu [J].Lauksaimniecības inženierijas tehnoloģija, 2022, 42(31): 21-24.