Teknolohiyang pang-agrikultura sa inhinyerong pang-greenhouse gardening. Inilathala sa Beijing noong 17:30 noong Enero 13, 2023.

Ang pagsipsip ng karamihan sa mga elemento ng sustansya ay isang prosesong malapit na nauugnay sa mga aktibidad na metaboliko ng mga ugat ng halaman. Ang mga prosesong ito ay nangangailangan ng enerhiyang nalilikha ng respirasyon ng mga selula ng ugat, at ang pagsipsip ng tubig ay kinokontrol din ng temperatura at respirasyon, at ang respirasyon ay nangangailangan ng partisipasyon ng oxygen, kaya ang oxygen sa kapaligiran ng ugat ay may mahalagang epekto sa normal na paglaki ng mga pananim. Ang nilalaman ng dissolved oxygen sa tubig ay apektado ng temperatura at kaasinan, at ang istruktura ng substrate ang nagtatakda ng nilalaman ng hangin sa kapaligiran ng ugat. Ang irigasyon ay may malaking pagkakaiba sa pagpapanibago at pagdaragdag ng nilalaman ng oxygen sa mga substrate na may iba't ibang estado ng nilalaman ng tubig. Maraming mga salik upang ma-optimize ang nilalaman ng oxygen sa kapaligiran ng ugat, ngunit ang antas ng impluwensya ng bawat salik ay medyo magkakaiba. Ang pagpapanatili ng makatwirang kapasidad ng substrate na humahawak ng tubig (nilalaman ng hangin) ang saligan ng pagpapanatili ng mataas na nilalaman ng oxygen sa kapaligiran ng ugat.

Mga epekto ng temperatura at kaasinan sa saturated oxygen content sa solusyon

Nilalaman ng dissolved oxygen sa tubig

Ang dissolved oxygen ay natutunaw sa unbound o free oxygen sa tubig, at ang nilalaman ng dissolved oxygen sa tubig ay aabot sa pinakamataas na antas sa isang partikular na temperatura, na siyang saturated oxygen content. Ang saturated oxygen content sa tubig ay nagbabago kasabay ng temperatura, at kapag tumataas ang temperatura, bumababa ang oxygen content. Ang saturated oxygen content ng malinaw na tubig ay mas mataas kaysa sa tubig-dagat na naglalaman ng asin (Figure1), kaya ang saturated oxygen content ng mga nutrient solution na may iba't ibang konsentrasyon ay magkakaiba.

Pagdadala ng oxygen sa matrix

Ang oksiheno na makukuha ng mga ugat ng pananim sa greenhouse mula sa solusyon ng sustansya ay dapat nasa malayang estado, at ang oksiheno ay dinadala sa substrate sa pamamagitan ng hangin, tubig, at tubig sa paligid ng mga ugat. Kapag ito ay nasa ekwilibriyo kasama ang nilalaman ng oksiheno sa hangin sa isang takdang temperatura, ang oksihenong natunaw sa tubig ay umaabot sa pinakamataas, at ang pagbabago ng nilalaman ng oksiheno sa hangin ay hahantong sa proporsyonal na pagbabago ng nilalaman ng oksiheno sa tubig.

Mga epekto ng stress ng hypoxia sa kapaligiran ng ugat sa mga pananim

Mga sanhi ng hypoxia ng ugat

May ilang dahilan kung bakit mas mataas ang panganib ng hypoxia sa hydroponics at substrate cultivation systems tuwing tag-araw. Una sa lahat, ang saturated oxygen content sa tubig ay bababa habang tumataas ang temperatura. Pangalawa, ang oxygen na kailangan upang mapanatili ang paglaki ng ugat ay tumataas kasabay ng pagtaas ng temperatura. Bukod pa rito, mas mataas ang dami ng nutrient absorption sa tag-araw, kaya mas mataas ang demand ng oxygen para sa nutrient absorption. Ito ay humahantong sa pagbaba ng oxygen content sa kapaligiran ng ugat at sa kakulangan ng epektibong suplemento, na humahantong sa hypoxia sa kapaligiran ng ugat.

Pagsipsip at paglaki

Ang pagsipsip ng karamihan sa mahahalagang sustansya ay nakasalalay sa mga prosesong malapit na nauugnay sa metabolismo ng ugat, na nangangailangan ng enerhiyang nalilikha ng respirasyon ng mga selula ng ugat, ibig sabihin, ang pagkabulok ng mga produktong potosintetiko sa presensya ng oksiheno. Ipinakita ng mga pag-aaral na 10%~20% ng kabuuang assimilates ng mga halamang kamatis ay ginagamit sa mga ugat, 50% nito ay ginagamit para sa pagsipsip ng mga ion ng sustansya, 40% para sa paglaki at 10% lamang para sa pagpapanatili. Ang mga ugat ay dapat makahanap ng oksiheno sa direktang kapaligiran kung saan sila naglalabas ng CO2.₂Sa ilalim ng mga kondisyong anaerobic na dulot ng mahinang bentilasyon sa mga substrate at hydroponics, ang hypoxia ay makakaapekto sa pagsipsip ng tubig at mga sustansya. Ang hypoxia ay may mabilis na tugon sa aktibong pagsipsip ng mga sustansya, katulad ng nitrate (NO₃^-), potasa (K) at pospeyt (PO₄^3-), na makakasagabal sa passive absorption ng calcium (Ca) at magnesium (Mg).

Ang paglaki ng ugat ng halaman ay nangangailangan ng enerhiya, ang normal na aktibidad ng ugat ay nangangailangan ng pinakamababang konsentrasyon ng oxygen, at ang konsentrasyon ng oxygen na mas mababa sa halaga ng COP ay nagiging isang salik na naglilimita sa metabolismo ng mga selula ng ugat (hypoxia). Kapag mababa ang antas ng nilalaman ng oxygen, ang paglaki ay bumabagal o humihinto pa nga. Kung ang bahagyang hypoxia ng ugat ay nakakaapekto lamang sa mga sanga at dahon, maaaring mabawi ng sistema ng ugat ang bahagi ng sistema ng ugat na hindi na aktibo sa ilang kadahilanan sa pamamagitan ng pagpapataas ng lokal na pagsipsip.

Ang mekanismo ng metabolismo ng halaman ay nakasalalay sa oksiheno bilang tumatanggap ng elektron. Kung walang oksiheno, titigil ang produksyon ng ATP. Kung walang ATP, titigil ang paglabas ng mga proton mula sa mga ugat, magiging acidic ang katas ng selula ng mga selula ng ugat, at mamamatay ang mga selulang ito sa loob ng ilang oras. Ang pansamantala at panandaliang hypoxia ay hindi magdudulot ng hindi na mababaligtad na stress sa nutrisyon sa mga halaman. Dahil sa mekanismo ng "nitrate respiration," maaaring ito ay isang panandaliang adaptasyon upang makayanan ang hypoxia bilang alternatibong paraan sa panahon ng root hypoxia. Gayunpaman, ang pangmatagalang hypoxia ay hahantong sa mabagal na paglaki, pagbaba ng lawak ng dahon at pagbaba ng sariwa at tuyong timbang, na hahantong sa isang makabuluhang pagbaba sa ani ng pananim.

Etilena

Ang mga halaman ay bubuo ng ethylene in situ sa ilalim ng matinding stress. Kadalasan, ang ethylene ay inaalis mula sa mga ugat sa pamamagitan ng pagkalat sa hangin sa lupa. Kapag nangyayari ang pagbaha, ang pagbuo ng ethylene ay hindi lamang tataas, kundi pati na rin ang pagkalat ay lubos na mababawasan dahil ang mga ugat ay napapalibutan ng tubig. Ang pagtaas ng konsentrasyon ng ethylene ay hahantong sa pagbuo ng aeration tissue sa mga ugat (Larawan 2). Ang ethylene ay maaari ring maging sanhi ng pagtanda ng dahon, at ang interaksyon sa pagitan ng ethylene at auxin ay magpapataas sa pagbuo ng mga adventitious na ugat.

Ang stress sa oksiheno ay humahantong sa pagbaba ng paglaki ng dahon

Ang ABA ay nalilikha sa mga ugat at dahon upang makayanan ang iba't ibang stress sa kapaligiran. Sa kapaligiran ng ugat, ang karaniwang tugon sa stress ay ang pagsasara ng stomatal, na kinabibilangan ng pagbuo ng ABA. Bago magsara ang mga stomata, nawawalan ng pressure sa pamamaga ang tuktok ng halaman, nalalanta ang mga dahon sa itaas, at maaari ring bumaba ang photosynthesis efficiency. Maraming pag-aaral ang nagpakita na ang stomata ay tumutugon sa pagtaas ng konsentrasyon ng ABA sa apoplast sa pamamagitan ng pagsasara, ibig sabihin, ang kabuuang nilalaman ng ABA sa mga hindi dahon sa pamamagitan ng paglalabas ng intracellular ABA, kaya mabilis na mapataas ng mga halaman ang konsentrasyon ng apoplast ABA. Kapag ang mga halaman ay nasa ilalim ng stress sa kapaligiran, nagsisimula silang maglabas ng ABA sa mga selula, at ang signal ng paglabas ng ugat ay maaaring maipadala sa loob ng ilang minuto sa halip na oras. Ang pagtaas ng ABA sa tisyu ng dahon ay maaaring mabawasan ang paghaba ng cell wall at humantong sa pagbaba ng paghaba ng dahon. Ang isa pang epekto ng hypoxia ay ang pag-ikli ng haba ng buhay ng mga dahon, na makakaapekto sa lahat ng dahon. Ang hypoxia ay karaniwang humahantong sa pagbaba ng cytokinin at nitrate transport. Ang kakulangan ng nitroheno o cytokinin ay magpapaikli sa oras ng pagpapanatili ng lawak ng dahon at magpapahinto sa paglaki ng mga sanga at dahon sa loob ng ilang araw.

Pag-optimize ng kapaligirang may oksiheno sa sistema ng ugat ng pananim

Ang mga katangian ng substrate ay mahalaga para sa distribusyon ng tubig at oxygen. Ang konsentrasyon ng oxygen sa kapaligiran ng ugat ng mga gulay sa greenhouse ay pangunahing nauugnay sa kapasidad ng substrate na humawak ng tubig, irigasyon (laki at dalas), istraktura ng substrate at temperatura ng substrate strip. Mapapanatili lamang ang aktibidad ng ugat sa pinakamahusay na estado kapag ang nilalaman ng oxygen sa kapaligiran ng ugat ay hindi bababa sa 10% (4~5mg/L).

Napakahalaga ng sistema ng ugat ng mga pananim para sa paglaki ng halaman at resistensya sa sakit. Ang tubig at mga sustansya ay maaabsorb ayon sa mga pangangailangan ng mga halaman. Gayunpaman, ang antas ng oxygen sa kapaligiran ng ugat ay higit na tumutukoy sa kahusayan ng pagsipsip ng mga sustansya at tubig at sa kalidad ng sistema ng ugat. Ang sapat na antas ng oxygen sa kapaligiran ng sistema ng ugat ay maaaring matiyak ang kalusugan ng sistema ng ugat, upang ang mga halaman ay magkaroon ng mas mahusay na resistensya sa mga pathogenic microorganism (Larawan 3). Ang sapat na antas ng oxygen sa substrate ay nagpapaliit din sa panganib ng mga anaerobic na kondisyon, kaya binabawasan ang panganib ng mga pathogenic microorganism.

Pagkonsumo ng oksiheno sa kapaligiran ng ugat

Ang pinakamataas na konsumo ng oksiheno ng mga pananim ay maaaring umabot ng hanggang 40mg/m2/h (ang konsumo ay depende sa pananim). Depende sa temperatura, ang tubig sa irigasyon ay maaaring maglaman ng hanggang 7~8mg/L ng oksiheno (Larawan 4). Upang maabot ang 40 mg, 5L ng tubig ang dapat ibigay bawat oras upang matugunan ang pangangailangan sa oksiheno, ngunit sa katunayan, ang dami ng irigasyon sa isang araw ay maaaring hindi maabot. Nangangahulugan ito na ang oksiheno na ibinibigay ng irigasyon ay gumaganap lamang ng maliit na papel. Karamihan sa suplay ng oksiheno ay umaabot sa root zone sa pamamagitan ng mga butas sa matrix, at ang kontribusyon ng suplay ng oksiheno sa pamamagitan ng mga butas ay umaabot ng hanggang 90%, depende sa oras ng araw. Kapag ang pagsingaw ng mga halaman ay umabot sa pinakamataas, ang dami ng irigasyon ay umaabot din sa pinakamataas, na katumbas ng 1~1.5L/m2/h. Kung ang tubig sa irigasyon ay naglalaman ng 7mg/L na oksiheno, magbibigay ito ng 7~11mg/m2/h na oksiheno para sa root zone. Ito ay katumbas ng 17%~25% ng pangangailangan. Siyempre, naaangkop lamang ito sa sitwasyon kung saan ang tubig na irigasyon na kulang sa oxygen sa substrate ay napapalitan ng sariwang tubig na irigasyon.

Bukod sa pagkonsumo ng mga ugat, ang mga mikroorganismo sa kapaligiran ng ugat ay kumukonsumo rin ng oxygen. Mahirap itong sukatin dahil walang pagsukat na ginawa sa bagay na ito. Dahil ang mga bagong substrate ay pinapalitan bawat taon, maaaring ipagpalagay na ang mga mikroorganismo ay gumaganap ng medyo maliit na papel sa pagkonsumo ng oxygen.

I-optimize ang temperatura ng kapaligiran ng mga ugat

Ang temperatura sa kapaligiran ng sistema ng ugat ay napakahalaga para sa normal na paglaki at paggana nito, at isa rin itong mahalagang salik na nakakaapekto sa pagsipsip ng tubig at mga sustansya ng sistema ng ugat.

Ang sobrang mababang temperatura ng substrate (temperatura ng ugat) ay maaaring humantong sa kahirapan sa pagsipsip ng tubig. Sa 5℃, ang pagsipsip ay 70%~80% na mas mababa kaysa sa 20℃. Kung ang mababang temperatura ng substrate ay may kasamang mataas na temperatura, hahantong ito sa pagkalanta ng halaman. Ang pagsipsip ng ion ay malinaw na nakadepende sa temperatura, na pumipigil sa pagsipsip ng ion sa mababang temperatura, at ang sensitibidad ng iba't ibang elemento ng sustansya sa temperatura ay magkakaiba.

Ang sobrang taas na temperatura ng substrate ay wala ring silbi, at maaaring humantong sa napakalaking sistema ng ugat. Sa madaling salita, mayroong hindi balanseng distribusyon ng tuyong bagay sa mga halaman. Dahil masyadong malaki ang sistema ng ugat, ang mga hindi kinakailangang pagkawala ay magaganap sa pamamagitan ng respirasyon, at ang bahaging ito ng nawawalang enerhiya ay maaaring nagamit para sa ani ng bahagi ng halaman. Sa mas mataas na temperatura ng substrate, mas mababa ang nilalaman ng dissolved oxygen, na may mas malaking epekto sa nilalaman ng oxygen sa kapaligiran ng ugat kaysa sa oxygen na kinokonsumo ng mga mikroorganismo. Ang sistema ng ugat ay kumokonsumo ng maraming oxygen, at humahantong pa nga sa hypoxia sa kaso ng mahinang istraktura ng substrate o lupa, kaya binabawasan ang pagsipsip ng tubig at mga ion.

Panatilihin ang makatwirang kapasidad ng matrix na humawak ng tubig.

Mayroong negatibong ugnayan sa pagitan ng nilalaman ng tubig at ng porsyento ng nilalaman ng oxygen sa matrix. Kapag tumataas ang nilalaman ng tubig, bumababa ang nilalaman ng oxygen, at kabaliktaran. Mayroong kritikal na saklaw sa pagitan ng nilalaman ng tubig at oxygen sa matrix, ibig sabihin, 80%~85% na nilalaman ng tubig (Larawan 5). Ang pangmatagalang pagpapanatili ng nilalaman ng tubig na higit sa 85% sa substrate ay makakaapekto sa suplay ng oxygen. Karamihan sa suplay ng oxygen (75%~90%) ay sa pamamagitan ng mga pores sa matrix.

Pagdaragdag ng irigasyon sa nilalaman ng oxygen sa substrate

Ang mas maraming sikat ng araw ay hahantong sa mas mataas na konsumo ng oxygen at mas mababang konsentrasyon ng oxygen sa mga ugat (Larawan 6), at ang mas maraming asukal ay magpapataas ng konsumo ng oxygen sa gabi. Malakas ang transpiration, malaki ang pagsipsip ng tubig, at mas maraming hangin at oxygen sa substrate. Makikita mula sa kaliwa ng Larawan 7 na ang nilalaman ng oxygen sa substrate ay bahagyang tataas pagkatapos ng irigasyon sa ilalim ng kondisyon na mataas ang kapasidad ng substrate na humawak ng tubig at napakababa ng nilalaman ng hangin. Gaya ng ipinapakita sa kanan ng Larawan 7, sa ilalim ng kondisyon ng medyo mas mahusay na pag-iilaw, ang nilalaman ng hangin sa substrate ay tumataas dahil sa mas maraming pagsipsip ng tubig (parehong oras ng irigasyon). Ang relatibong impluwensya ng irigasyon sa nilalaman ng oxygen sa substrate ay mas mababa kaysa sa kapasidad ng substrate na humawak ng tubig (nilalaman ng hangin).

Talakayin

Sa aktwal na produksiyon, ang nilalaman ng oksiheno (hangin) sa kapaligiran ng ugat ng pananim ay madaling nakaliligtaan, ngunit ito ay isang mahalagang salik upang matiyak ang normal na paglaki ng mga pananim at ang malusog na pag-unlad ng mga ugat.

Upang makamit ang pinakamataas na ani sa panahon ng produksyon ng pananim, napakahalagang protektahan ang kapaligiran ng sistema ng ugat sa pinakamahusay na kondisyon hangga't maaari. Ipinakita ng mga pag-aaral na ang O₂Ang nilalaman sa kapaligiran ng sistema ng ugat na mas mababa sa 4mg/L ay magkakaroon ng negatibong epekto sa paglaki ng pananim. Ang O₂Ang nilalaman sa kapaligiran ng ugat ay pangunahing naiimpluwensyahan ng irigasyon (dami at dalas ng irigasyon), istruktura ng substrate, nilalaman ng tubig sa substrate, temperatura ng greenhouse at substrate, at magkakaiba ang mga pattern ng pagtatanim. Ang algae at mga mikroorganismo ay mayroon ding tiyak na kaugnayan sa nilalaman ng oxygen sa kapaligiran ng ugat ng mga hydroponic na pananim. Ang hypoxia ay hindi lamang nagdudulot ng mabagal na pag-unlad ng mga halaman, kundi pinapataas din nito ang presyon ng mga pathogen ng ugat (pythium, phytophthora, fusarium) sa paglaki ng ugat.

Ang estratehiya sa irigasyon ay may malaking impluwensya sa O₂nilalaman sa substrate, at ito rin ay isang mas kontroladong paraan sa proseso ng pagtatanim. Natuklasan ng ilang pag-aaral sa pagtatanim ng rosas na ang dahan-dahang pagtaas ng nilalaman ng tubig sa substrate (sa umaga) ay maaaring makakuha ng mas mahusay na estado ng oxygen. Sa substrate na may mababang kapasidad sa paghawak ng tubig, maaaring mapanatili ng substrate ang mataas na nilalaman ng oxygen, at kasabay nito, kinakailangang iwasan ang pagkakaiba ng nilalaman ng tubig sa pagitan ng mga substrate sa pamamagitan ng mas mataas na dalas ng irigasyon at mas maikling pagitan. Kung mas mababa ang kapasidad sa paghawak ng tubig ng mga substrate, mas malaki ang pagkakaiba sa pagitan ng mga substrate. Ang mamasa-masang substrate, mas mababang dalas ng irigasyon at mas mahabang pagitan ay nagsisiguro ng mas maraming pagpapalit ng hangin at kanais-nais na mga kondisyon ng oxygen.

Ang drainage ng substrate ay isa pang salik na may malaking impluwensya sa renewal rate at sa oxygen concentration gradient sa substrate, depende sa uri at kapasidad ng substrate na humawak ng tubig. Ang irrigation liquid ay hindi dapat manatili sa ilalim ng substrate nang masyadong matagal, ngunit dapat itong mabilis na ilabas upang ang sariwang oxygen-enriched na tubig irigasyon ay muling makarating sa ilalim ng substrate. Ang bilis ng drainage ay maaaring maimpluwensyahan ng ilang medyo simpleng sukat, tulad ng gradient ng substrate sa mga direksyon na pahaba at lapad. Mas malaki ang gradient, mas mabilis ang bilis ng drainage. Iba't ibang butas ang may iba't ibang substrate at iba rin ang bilang ng mga labasan.

WAKAS

[impormasyon sa pagbanggit]

Xie Yuanpei. Mga epekto ng nilalaman ng oksiheno sa kapaligiran sa mga ugat ng pananim sa greenhouse sa paglaki ng pananim [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(31):21-24.