Tecnoloxía de enxeñería agrícola de xardinería de invernadoiros Publicado en Pequín ás 17:30 do 13 de xaneiro de 2023.

A absorción da maioría dos elementos nutritivos é un proceso moi relacionado coas actividades metabólicas das raíces das plantas.Estes procesos requiren enerxía xerada pola respiración das células da raíz, e a absorción de auga tamén está regulada pola temperatura e a respiración, e a respiración require a participación do osíxeno, polo que o osíxeno no ambiente radicular ten un impacto vital no crecemento normal dos cultivos.O contido de osíxeno disolto na auga está afectado pola temperatura e a salinidade, e a estrutura do substrato determina o contido de aire no ambiente radicular.O rego presenta grandes diferenzas na renovación e suplementación do contido de osíxeno en substratos con diferentes estados de contido en auga.Hai moitos factores para optimizar o contido de osíxeno no ambiente raíz, pero o grao de influencia de cada factor é bastante diferente.Manter unha capacidade razoable de retención de auga do substrato (contido de aire) é a premisa de manter un alto contido de osíxeno no ambiente raíz.

Efectos da temperatura e da salinidade sobre o contido de osíxeno saturado na disolución

Contido de osíxeno disolto na auga

O osíxeno disolto disólvese no osíxeno libre ou libre da auga, e o contido de osíxeno disolto na auga alcanzará o máximo a unha determinada temperatura, que é o contido de osíxeno saturado.O contido de osíxeno saturado na auga cambia coa temperatura, e cando a temperatura aumenta, o contido de osíxeno diminúe.O contido de osíxeno saturado da auga clara é maior que o da auga do mar que contén sal (Figura 1), polo que o contido de osíxeno saturado das solucións de nutrientes con diferentes concentracións será diferente.

Transporte de osíxeno na matriz

O osíxeno que as raíces dos cultivos de invernadoiro poden obter da solución de nutrientes debe estar en estado libre e o osíxeno transpórtase no substrato a través do aire e da auga e da auga ao redor das raíces.Cando está en equilibrio co contido de osíxeno no aire a unha determinada temperatura, o osíxeno disolto na auga alcanza o máximo, e o cambio do contido de osíxeno no aire provocará un cambio proporcional do contido de osíxeno na auga.

Efectos do estrés por hipoxia no medio radicular nos cultivos

Causas da hipoxia radicular

Hai varias razóns polas que o risco de hipoxia nos sistemas de cultivo hidropónico e de substrato é maior no verán.En primeiro lugar, o contido de osíxeno saturado na auga diminuirá a medida que aumenta a temperatura.En segundo lugar, o osíxeno necesario para manter o crecemento das raíces aumenta co aumento da temperatura.Ademais, a cantidade de absorción de nutrientes é maior no verán, polo que a demanda de osíxeno para a absorción de nutrientes é maior.Leva á diminución do contido de osíxeno no ambiente raíz e á falta de suplemento eficaz, o que leva á hipoxia no ambiente raíz.

Absorción e crecemento

A absorción da maioría dos nutrientes esenciais depende dos procesos estreitamente relacionados co metabolismo das raíces, que requiren da enerxía xerada pola respiración das células radiculares, é dicir, a descomposición dos produtos fotosintéticos en presenza de osíxeno.Os estudos demostraron que o 10% ~ 20% dos asimilados totais das plantas de tomate úsanse nas raíces, o 50% dos cales úsanse para a absorción de ións de nutrientes, o 40% para o crecemento e só o 10% para o mantemento.As raíces deben atopar osíxeno no medio directo onde liberan CO₂.En condicións anaeróbicas causadas pola mala ventilación dos substratos e da hidroponía, a hipoxia afectará a absorción de auga e nutrientes.A hipoxia ten unha resposta rápida á absorción activa de nutrientes, é dicir, o nitrato (NO₃^-), potasio (K) e fosfato (PO₄^3-), que interferirá coa absorción pasiva de calcio (Ca) e magnesio (Mg).

O crecemento das raíces das plantas necesita enerxía, a actividade normal das raíces necesita a concentración de osíxeno máis baixa e a concentración de osíxeno por debaixo do valor COP convértese nun factor que limita o metabolismo das células radiculares (hipoxia).Cando o contido de osíxeno é baixo, o crecemento diminúe ou mesmo se detén.Se a hipoxia parcial da raíz só afecta a ramas e follas, o sistema raíz pode compensar a parte do sistema raíz que xa non está activa por algún motivo aumentando a absorción local.

O mecanismo metabólico das plantas depende do osíxeno como aceptor de electróns.Sen osíxeno, a produción de ATP deterase.Sen ATP, a saída de protóns das raíces deterase, a savia celular das células da raíz volverase ácida e estas células morrerán en poucas horas.A hipoxia temporal e a curto prazo non causará estrés nutricional irreversible nas plantas.Debido ao mecanismo de "respiración de nitratos", pode ser unha adaptación a curto prazo para facer fronte á hipoxia como unha forma alternativa durante a hipoxia radicular.Non obstante, a hipoxia a longo prazo levará a un crecemento lento, unha diminución da superficie foliar e unha diminución do peso fresco e seco, o que provocará un descenso significativo do rendemento da colleita.

Etileno

As plantas formarán etileno in situ baixo moito estrés.Normalmente, o etileno elimínase das raíces difundíndose no aire do solo.Cando se produce o encharcamento, a formación de etileno non só aumentará, senón que tamén reducirase moito a difusión porque as raíces están rodeadas de auga.O aumento da concentración de etileno levará á formación de tecido de aireación nas raíces (Figura 2).O etileno tamén pode provocar a senescencia das follas e a interacción entre o etileno e a auxina aumentará a formación de raíces adventicias.

O estrés por osíxeno conduce a unha diminución do crecemento das follas

O ABA prodúcese en raíces e follas para facer fronte a varios estrés ambientais.No medio radicular, a resposta típica ao estrés é o peche estomático, que implica a formación de ABA.Antes de pechar os estomas, a parte superior da planta perde presión de inchazo, as follas superiores se marchitan e a eficiencia fotosintética tamén pode diminuír.Moitos estudos demostraron que os estomas responden ao aumento da concentración de ABA no apoplasto ao pecharse, é dicir, o contido total de ABA en non follas liberando ABA intracelular, as plantas poden aumentar a concentración de ABA apoplasto moi rapidamente.Cando as plantas están baixo estrés ambiental, comezan a liberar ABA nas células e o sinal de liberación da raíz pódese transmitir en minutos en lugar de horas.O aumento de ABA no tecido foliar pode reducir o alongamento da parede celular e levar á diminución da elongación da folla.Outro efecto da hipoxia é que se acurta a vida útil das follas, o que afectará a todas as follas.A hipoxia adoita levar á diminución do transporte de citoquininas e nitratos.A falta de nitróxeno ou citoquinina acurtará o tempo de mantemento da área foliar e deterá o crecemento de ramas e follas en poucos días.

Optimización do ambiente de osíxeno do sistema radicular do cultivo

As características do substrato son determinantes para a distribución da auga e do osíxeno.A concentración de osíxeno no ambiente raíz dos vexetais de invernadoiro está relacionada principalmente coa capacidade de retención de auga do substrato, a irrigación (tamaño e frecuencia), a estrutura do substrato e a temperatura da franxa do substrato.Só cando o contido de osíxeno no ambiente radicular é polo menos superior ao 10% (4~5 mg/L) pódese manter a actividade da raíz no mellor estado.

O sistema radicular dos cultivos é moi importante para o crecemento das plantas e a resistencia ás enfermidades das plantas.A auga e os nutrientes serán absorbidos segundo as necesidades das plantas.Non obstante, o nivel de osíxeno no ambiente radicular determina en gran medida a eficiencia de absorción de nutrientes e auga e a calidade do sistema radicular.Un nivel suficiente de osíxeno no ambiente do sistema raíz pode garantir a saúde do sistema raíz, de xeito que as plantas teñen unha mellor resistencia aos microorganismos patóxenos (Figura 3).Un nivel adecuado de osíxeno no substrato tamén minimiza o risco de condicións anaeróbicas, minimizando así o risco de microorganismos patóxenos.

Consumo de osíxeno no medio radicular

O consumo máximo de osíxeno dos cultivos pode chegar a 40 mg/m2/h (o consumo depende dos cultivos).Dependendo da temperatura, a auga de rego pode conter ata 7 ~ 8 mg/L de osíxeno (Figura 4).Para alcanzar os 40 mg, débense dar 5 L de auga cada hora para satisfacer a demanda de osíxeno, pero de feito, é posible que non se alcance a cantidade de rego nun día.Isto significa que o osíxeno proporcionado pola irrigación só xoga un pequeno papel.A maior parte do abastecemento de osíxeno chega á zona da raíz a través dos poros da matriz, e a contribución do abastecemento de osíxeno a través dos poros é de ata o 90 %, dependendo da hora do día.Cando a evaporación das plantas alcanza o máximo, a cantidade de rego tamén alcanza o máximo, o que equivale a 1~1,5L/m2/h.Se a auga de rego contén 7 mg/L de osíxeno, proporcionará 7 ~ 11 mg/m2/h de osíxeno para a zona raíz.Isto é equivalente ao 17% ~ 25% da demanda.Por suposto, isto só se aplica á situación de que a auga de rega pobre en osíxeno do substrato sexa substituída por auga de rega fresca.

Ademais do consumo de raíces, os microorganismos do medio radicular tamén consumen osíxeno.É difícil cuantificalo porque non se fixo ningunha medición ao respecto.Dado que os novos substratos son substituídos cada ano, pódese supoñer que os microorganismos xogan un papel relativamente pequeno no consumo de osíxeno.

Optimizar a temperatura ambiental das raíces

A temperatura ambiental do sistema raíz é moi importante para o crecemento normal e a función do sistema raíz, e tamén é un factor importante que afecta a absorción de auga e nutrientes polo sistema raíz.

A temperatura do substrato demasiado baixa (temperatura da raíz) pode provocar dificultades na absorción de auga.A 5 ℃, a absorción é un 70% ~ 80% menor que a 20 ℃.Se a baixa temperatura do substrato vai acompañada de altas temperaturas, provocará o murchamento da planta.A absorción de ións depende obviamente da temperatura, que inhibe a absorción de ións a baixa temperatura, e a sensibilidade dos diferentes elementos nutritivos á temperatura é diferente.

A temperatura do substrato demasiado alta tamén é inútil e pode levar a un sistema radicular demasiado grande.Noutras palabras, hai unha distribución desequilibrada da materia seca nas plantas.Debido a que o sistema radicular é demasiado grande, produciranse perdas innecesarias a través da respiración, e esta parte da enerxía perdida podería ter sido utilizada para a parte da colleita da planta.A maior temperatura do substrato, o contido de osíxeno disolto é menor, o que ten un impacto moito maior sobre o contido de osíxeno no ambiente radicular que o consumido polos microorganismos.O sistema radicular consome moito osíxeno, e mesmo leva á hipoxia no caso de que o substrato ou a estrutura do solo sexa deficiente, reducindo así a absorción de auga e ións.

Manter unha capacidade razoable de retención de auga da matriz.

Existe unha correlación negativa entre o contido de auga e o contido porcentual de osíxeno na matriz.Cando o contido de auga aumenta, o contido de osíxeno diminúe, e viceversa.Hai un rango crítico entre o contido de auga e osíxeno na matriz, é dicir, 80% ~ 85% de contido de auga (Figura 5).O mantemento a longo prazo do contido de auga superior ao 85% no substrato afectará o abastecemento de osíxeno.A maior parte da subministración de osíxeno (75% ~ 90%) é a través dos poros da matriz.

Suplemento de irrigación ao contido de osíxeno do substrato

Máis luz solar levará a un maior consumo de osíxeno e unha menor concentración de osíxeno nas raíces (Figura 6), e máis azucre fará que o consumo de osíxeno sexa maior pola noite.A transpiración é forte, a absorción de auga é grande e hai máis aire e máis osíxeno no substrato.Pódese ver desde a esquerda da Figura 7 que o contido de osíxeno no substrato aumentará lixeiramente despois do rego a condición de que a capacidade de retención de auga do substrato sexa alta e o contido de aire sexa moi baixo.Como se mostra á dereita da fig.7, baixo a condición de iluminación relativamente mellor, o contido de aire no substrato aumenta debido á maior absorción de auga (mesmos tempos de irrigación).A influencia relativa do rego sobre o contido de osíxeno do substrato é moito menor que a capacidade de retención de auga (contido de aire) no substrato.

Discutir

Na produción real, o contido de osíxeno (aire) no ambiente das raíces das colleitas é facilmente ignorado, pero é un factor importante para garantir o crecemento normal dos cultivos e o desenvolvemento saudable das raíces.

Para obter o máximo rendemento durante a produción de cultivos, é moi importante protexer o ambiente do sistema raíz nas mellores condicións posibles.Os estudos demostraron que o O₂O contido no ambiente do sistema raíz inferior a 4 mg/L terá un impacto negativo no crecemento da colleita.O O₂O contido no ambiente raíz está influenciado principalmente pola irrigación (cantidade e frecuencia de irrigación), a estrutura do substrato, o contido de auga do substrato, a temperatura do invernadoiro e do substrato e os diferentes patróns de plantación serán diferentes.As algas e os microorganismos tamén teñen unha certa relación co contido de osíxeno no medio radicular dos cultivos hidropónicos.A hipoxia non só provoca o desenvolvemento lento das plantas, senón que tamén aumenta a presión dos patóxenos das raíces (pythium, phytophthora, fusarium) sobre o crecemento das raíces.

A estratexia de regadío ten unha influencia significativa no O₂contido no substrato, e tamén é unha forma máis controlable no proceso de plantación.Algúns estudos de plantación de rosas descubriron que aumentar lentamente o contido de auga no substrato (pola mañá) pode obter un mellor estado de osíxeno.No substrato con pouca capacidade de retención de auga, o substrato pode manter un alto contido de osíxeno e, ao mesmo tempo, é necesario evitar a diferenza de contido de auga entre substratos mediante unha maior frecuencia de irrigación e un intervalo máis curto.Canto menor sexa a capacidade de retención de auga dos substratos, maior será a diferenza entre os substratos.O substrato húmido, a menor frecuencia de irrigación e o intervalo máis longo garanten unha maior substitución do aire e condicións favorables de osíxeno.

A drenaxe do substrato é outro factor que inflúe grandemente na taxa de renovación e no gradiente de concentración de osíxeno no substrato, dependendo do tipo e da capacidade de retención de auga do substrato.O líquido de irrigación non debe permanecer demasiado tempo no fondo do substrato, senón que debe descargarse rapidamente para que a auga de rega fresca enriquecida con osíxeno poida chegar de novo ao fondo do substrato.A velocidade de drenaxe pode verse influenciada por algunhas medidas relativamente sinxelas, como o gradiente do substrato nas direccións lonxitudinal e anchura.Canto maior sexa o gradiente, máis rápida será a velocidade de drenaxe.Os diferentes substratos teñen diferentes aberturas e o número de saídas tamén é diferente.

FIN

[información da cita]

Xie Yuanpei.Efectos do contido de osíxeno ambiental nas raíces dos cultivos de invernadoiro no crecemento dos cultivos [J].Tecnoloxía da Enxeñaría Agrícola, 2022,42(31):21-24.