Agricultural engineering technology ng greenhouse gardeningNa-publish sa Beijing noong 17:30 noong ika-13 ng Enero, 2023.

Ang pagsipsip ng karamihan sa mga nutrient na elemento ay isang proseso na malapit na nauugnay sa mga metabolic na aktibidad ng mga ugat ng halaman.Ang mga prosesong ito ay nangangailangan ng enerhiya na nabuo ng root cell respiration, at ang pagsipsip ng tubig ay kinokontrol din ng temperatura at paghinga, at ang paghinga ay nangangailangan ng partisipasyon ng oxygen, kaya ang oxygen sa root environment ay may mahalagang epekto sa normal na paglago ng mga pananim.Ang natunaw na nilalaman ng oxygen sa tubig ay apektado ng temperatura at kaasinan, at ang istraktura ng substrate ay tumutukoy sa nilalaman ng hangin sa kapaligiran ng ugat.Ang irigasyon ay may malaking pagkakaiba sa pag-renew at suplemento ng nilalaman ng oxygen sa mga substrate na may iba't ibang estado ng nilalaman ng tubig.Mayroong maraming mga kadahilanan upang ma-optimize ang nilalaman ng oxygen sa kapaligiran ng ugat, ngunit ang antas ng impluwensya ng bawat kadahilanan ay medyo naiiba.Ang pagpapanatili ng makatwirang kapasidad sa paghawak ng tubig sa substrate (nilalaman ng hangin) ay 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

Natunaw na nilalaman ng oxygen sa tubig

Ang dissolved oxygen ay natutunaw sa unbound o libreng oxygen sa tubig, at ang nilalaman ng dissolved oxygen sa tubig ay aabot sa maximum sa isang tiyak na temperatura, na kung saan ay ang saturated oxygen content.Ang saturated oxygen content sa tubig ay nagbabago sa temperatura, at kapag tumaas ang temperatura, bumababa ang oxygen content.Ang saturated oxygen content ng malinaw na tubig ay mas mataas kaysa sa asin na naglalaman ng seawater (Figure1), kaya ang saturated oxygen content ng mga nutrient solution na may iba't ibang konsentrasyon ay mag-iiba.

Transport ng oxygen sa matrix

Ang oxygen na makukuha ng mga ugat ng greenhouse crop mula sa nutrient solution ay dapat nasa isang libreng estado, at ang oxygen ay dinadala sa substrate sa pamamagitan ng hangin at tubig at tubig sa paligid ng mga ugat.Kapag ito ay nasa equilibrium na may oxygen na nilalaman sa hangin sa isang naibigay na temperatura, ang oxygen na natunaw sa tubig ay umaabot sa pinakamataas, at ang pagbabago ng nilalaman ng oxygen sa hangin ay hahantong sa proporsyonal na pagbabago ng nilalaman ng oxygen sa tubig.

Mga epekto ng hypoxia stress sa root environment sa mga pananim

Mga sanhi ng root hypoxia

Mayroong ilang mga dahilan kung bakit ang panganib ng hypoxia sa hydroponics at substrate cultivation system ay mas mataas sa tag-araw.Una sa lahat, bababa ang saturated oxygen content sa tubig habang tumataas ang temperatura.Pangalawa, ang oxygen na kinakailangan upang mapanatili ang paglaki ng ugat ay tumataas sa pagtaas ng temperatura.Higit 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 nilalaman ng oxygen sa kapaligiran ng ugat at kakulangan ng epektibong suplemento, na humahantong sa hypoxia sa kapaligiran ng ugat.

Pagsipsip at paglaki

Ang pagsipsip ng pinakamahalagang nutrients ay nakasalalay sa mga proseso na malapit na nauugnay sa metabolismo ng ugat, na nangangailangan ng enerhiya na nabuo sa pamamagitan ng paghinga ng root cell, iyon ay, ang agnas ng mga produktong photosynthetic sa pagkakaroon ng oxygen.Ipinakita ng mga pag-aaral na 10%~20% ng kabuuang assimilates ng mga halaman ng kamatis ay ginagamit sa mga ugat, 50% nito ay ginagamit para sa nutrient ion absorption, 40% para sa paglaki at 10% lamang para sa pagpapanatili.Ang mga ugat ay dapat makahanap ng oxygen sa direktang kapaligiran kung saan sila naglalabas ng CO₂.Sa ilalim ng anaerobic na kondisyon na dulot ng mahinang bentilasyon sa mga substrate at hydroponics, ang hypoxia ay makakaapekto sa pagsipsip ng tubig at nutrients.Ang hypoxia ay may mabilis na tugon sa aktibong pagsipsip ng mga sustansya, katulad ng nitrate (NO₃^-), potassium (K) at phosphate (PO₄^3-), na makagambala sa passive absorption ng calcium (Ca) at magnesium (Mg).

Ang paglago 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 salik na naglilimita sa metabolismo ng selula ng ugat (hypoxia).Kapag ang antas ng nilalaman ng oxygen ay mababa, bumabagal o humihinto ang paglaki.Kung ang bahagyang root hypoxia ay nakakaapekto lamang sa mga sanga at dahon, ang root system ay maaaring magbayad para sa bahagi ng root system na hindi na aktibo sa ilang kadahilanan sa pamamagitan ng pagtaas ng lokal na pagsipsip.

Ang mekanismo ng metabolic ng halaman ay nakasalalay sa oxygen bilang electron acceptor.Kung walang oxygen, titigil ang produksyon ng ATP.Kung walang ATP, ang pag-agos ng mga proton mula sa mga ugat ay titigil, ang cell sap ng mga selula ng ugat ay magiging acidic, at ang mga selulang ito ay mamamatay sa loob ng ilang oras.Ang pansamantala at panandaliang hypoxia ay hindi magdudulot ng hindi maibabalik na nutritional stress 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 tuyo na timbang, na hahantong sa isang makabuluhang pagbaba sa ani ng pananim.

Ethylene

Ang mga halaman ay bubuo ng ethylene in situ sa ilalim ng maraming stress.Karaniwan, ang ethylene ay tinanggal mula sa mga ugat sa pamamagitan ng diffusing sa hangin ng lupa.Kapag naganap ang waterlogging, ang pagbuo ng ethylene ay hindi lamang tataas, kundi pati na rin ang pagsasabog ay lubhang 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 ding maging sanhi ng senescence ng dahon, at ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng ethylene at auxin ay magpapataas ng pagbuo ng mga adventitious roots.

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

Ang ABA ay ginawa sa mga ugat at dahon upang makayanan ang iba't ibang mga stress sa kapaligiran.Sa root environment, ang tipikal na tugon sa stress ay stomatal closure, na kinabibilangan ng pagbuo ng ABA.Bago isara ang stomata, ang tuktok ng halaman ay nawawalan ng presyon ng pamamaga, ang mga tuktok na dahon ay nalalanta, at ang kahusayan ng photosynthetic ay maaari ring bumaba.Maraming mga pag-aaral ang nagpakita na ang stomata ay tumutugon sa pagtaas ng konsentrasyon ng ABA sa apoplast sa pamamagitan ng pagsasara, iyon ay, ang kabuuang nilalaman ng ABA sa mga di-dahon sa pamamagitan ng pagpapalabas ng intracellular ABA, ang mga halaman ay maaaring mapataas ang konsentrasyon ng apoplast ABA nang napakabilis.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 ilang minuto sa halip na mga oras.Ang pagtaas ng ABA sa leaf tissue ay maaaring mabawasan ang pagpahaba ng cell wall at humantong sa pagbaba ng leaf elongation.Ang isa pang epekto ng hypoxia ay ang pag-ikli ng buhay ng mga dahon, na makakaapekto sa lahat ng mga dahon.Ang hypoxia ay kadalasang humahantong sa pagbaba ng cytokinin at nitrate transport.Ang kakulangan ng nitrogen o cytokinin ay magpapaikli sa oras ng pagpapanatili ng lugar ng dahon at titigil sa paglaki ng mga sanga at dahon sa loob ng ilang araw.

Pag-optimize ng oxygen na kapaligiran ng crop root system

Ang mga katangian ng substrate ay mapagpasyahan para sa pamamahagi ng tubig at oxygen.Ang konsentrasyon ng oxygen sa kapaligiran ng ugat ng mga gulay sa greenhouse ay pangunahing nauugnay sa kapasidad ng paghawak ng tubig ng substrate, patubig (laki at dalas), istraktura ng substrate at temperatura ng substrate strip.Kapag ang nilalaman ng oxygen sa kapaligiran ng ugat ay hindi bababa sa higit sa 10% (4~5mg/L) maaari lamang mapanatili ang aktibidad ng ugat sa pinakamahusay na estado.

Ang root system ng mga pananim ay napakahalaga para sa paglago ng halaman at paglaban sa sakit ng halaman.Ang tubig at sustansya ay masisipsip ayon sa 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 ang kalidad ng sistema ng ugat.Ang sapat na antas ng oxygen sa kapaligiran ng root system ay maaaring matiyak ang kalusugan ng root system, upang ang mga halaman ay magkaroon ng mas mahusay na pagtutol sa mga pathogenic microorganism (Larawan 3).Ang sapat na antas ng oxygen sa substrate ay nagpapaliit din sa panganib ng anaerobic na mga kondisyon, kaya pinaliit ang panganib ng mga pathogenic microorganism.

Pagkonsumo ng oxygen sa kapaligiran ng ugat

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

Bilang karagdagan sa pagkonsumo ng mga ugat, ang mga mikroorganismo sa kapaligiran ng ugat ay kumakain din ng oxygen.Mahirap i-quantify ito dahil walang ginawang pagsukat sa bagay na ito.Dahil ang mga bagong substrate ay pinapalitan bawat taon, maaari itong ipalagay na ang mga mikroorganismo ay may maliit na papel sa pagkonsumo ng oxygen.

I-optimize ang kapaligiran na temperatura ng mga ugat

Ang temperatura sa kapaligiran ng root system ay napakahalaga para sa normal na paglaki at paggana ng root system, at ito rin ay isang mahalagang kadahilanan na nakakaapekto sa pagsipsip ng tubig at nutrients ng root system.

Ang masyadong 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 sinamahan ng mataas na temperatura, ito ay hahantong sa pagkalanta ng halaman.Ang pagsipsip ng ion ay halatang nakadepende sa temperatura, na pumipigil sa pagsipsip ng ion sa mababang temperatura, at ang sensitivity ng iba't ibang elemento ng nutrient sa temperatura ay iba.

Ang masyadong mataas na temperatura ng substrate ay wala ring silbi, at maaaring humantong sa masyadong malaking root system.Sa madaling salita, mayroong hindi balanseng pamamahagi ng tuyong bagay sa mga halaman.Dahil ang sistema ng ugat ay masyadong malaki, ang mga hindi kinakailangang pagkalugi ay magaganap sa pamamagitan ng paghinga, at ang bahaging ito ng nawalang enerhiya ay maaaring gamitin para sa pag-aani ng bahagi ng halaman.Sa mas mataas na temperatura ng substrate, ang dissolved oxygen content ay mas mababa, na may mas malaking epekto sa oxygen content sa root environment kaysa sa oxygen na natupok ng mga microorganism.Ang root system ay kumonsumo ng maraming oxygen, at kahit na humahantong sa hypoxia sa kaso ng mahinang substrate o istraktura ng lupa, kaya binabawasan ang pagsipsip ng tubig at mga ion.

Panatilihin ang makatwirang kapasidad ng paghawak ng tubig ng matrix.

Mayroong negatibong ugnayan sa pagitan ng nilalaman ng tubig at ang porsyento ng nilalaman ng oxygen sa matrix.Kapag tumaas 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, iyon ay, 80%~85% na nilalaman ng tubig (Larawan 5).Ang pangmatagalang pagpapanatili ng nilalaman ng tubig na higit sa 85% sa substrate ay makakaapekto sa supply ng oxygen.Karamihan sa supply ng oxygen (75%~90%) ay sa pamamagitan ng mga pores sa matrix.

Supplement ng patubig sa nilalaman ng oxygen sa substrate

Ang mas maraming sikat ng araw ay hahantong sa mas mataas na pagkonsumo ng oxygen at mas mababang konsentrasyon ng oxygen sa mga ugat (Figure 6), at mas maraming asukal ang magpapapataas ng pagkonsumo ng oxygen sa gabi.Malakas ang transpiration, malaki ang pagsipsip ng tubig, at mas maraming hangin at mas maraming oxygen sa substrate.Makikita mula sa kaliwa ng Figure 7 na ang nilalaman ng oxygen sa substrate ay tataas nang bahagya pagkatapos ng irigasyon sa ilalim ng kondisyon na ang kapasidad ng paghawak ng tubig ng substrate ay mataas at ang nilalaman ng hangin ay napakababa.Gaya ng ipinapakita sa kanan ng fig.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 patubig).Ang kamag-anak na impluwensya ng patubig sa nilalaman ng oxygen sa substrate ay mas mababa kaysa sa kapasidad ng paghawak ng tubig (nilalaman ng hangin) sa substrate.

Pag-usapan

Sa aktwal na produksyon, ang nilalaman ng oxygen (hangin) sa kapaligiran ng crop root ay madaling napapansin, ngunit ito ay isang mahalagang kadahilanan upang matiyak ang normal na paglaki ng mga pananim at ang malusog na pag-unlad ng mga ugat.

Upang makuha ang pinakamataas na ani sa panahon ng produksyon ng pananim, napakahalaga na protektahan ang kapaligiran ng root system sa pinakamahusay na kondisyon hangga't maaari.Ipinakita ng mga pag-aaral na ang O₂ang nilalaman sa kapaligiran ng root system sa ibaba 4mg/L ay magkakaroon ng negatibong epekto sa paglago ng pananim.Ang O₂Ang nilalaman sa kapaligiran ng ugat ay pangunahing naiimpluwensyahan ng irigasyon (dami at dalas ng patubig), istraktura ng substrate, nilalaman ng tubig sa substrate, temperatura ng greenhouse at substrate, at iba't ibang mga pattern ng pagtatanim.Ang mga algae at microorganism ay mayroon ding isang tiyak na kaugnayan sa nilalaman ng oxygen sa root environment ng hydroponic crops.Ang hypoxia ay hindi lamang nagiging sanhi ng mabagal na pag-unlad ng mga halaman, ngunit pinatataas din ang presyon ng mga pathogens ng ugat (pythium, phytophthora, fusarium) sa paglago ng ugat.

Ang diskarte sa patubig ay may malaking impluwensya sa O₂nilalaman sa substrate, at ito rin ay isang mas nakokontrol na 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 magandang estado ng oxygen.Sa substrate na may mababang kapasidad sa paghawak ng tubig, ang substrate ay maaaring mapanatili ang mataas na nilalaman ng oxygen, at sa parehong oras, kinakailangan upang maiwasan ang pagkakaiba ng nilalaman ng tubig sa pagitan ng mga substrate sa pamamagitan ng mas mataas na dalas ng patubig at mas maikling pagitan.Kung mas mababa ang kapasidad ng paghawak ng tubig ng mga substrate, mas malaki ang pagkakaiba sa pagitan ng mga substrate.Ang basa-basa na substrate, mas mababang dalas ng irigasyon at mas mahabang agwat ay nagsisiguro ng higit na pagpapalit ng hangin at kanais-nais na mga kondisyon ng oxygen.

Ang pagpapatapon ng tubig ng substrate ay isa pang kadahilanan na may malaking impluwensya sa rate ng pag-renew at ang gradient ng konsentrasyon ng oxygen sa substrate, depende sa uri at kapasidad ng paghawak ng tubig ng substrate.Ang irigasyon na likido ay hindi dapat manatili sa ilalim ng substrate nang masyadong mahaba, ngunit dapat na mabilis na mailabas upang ang sariwang oxygen-enriched na tubig na patubig ay muling maabot ang ilalim ng substrate.Ang bilis ng drainage ay maaaring maimpluwensyahan ng ilang medyo simpleng mga hakbang, tulad ng gradient ng substrate sa longitudinal at lapad na direksyon.Kung mas malaki ang gradient, mas mabilis ang bilis ng pagpapatuyo.Ang iba't ibang mga substrate ay may iba't ibang mga pagbubukas at ang bilang ng mga saksakan ay iba rin.

WAKAS

[impormasyon ng pagsipi]

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