Tecnoloxía de Enxeñaría Agrícola de Gardenado de Gardenado publicada en Pequín ás 17:30 o 13 de xaneiro de 2023.

A absorción da maioría dos elementos de nutrientes é un proceso estreitamente relacionado coas actividades metabólicas das raíces das plantas. Estes procesos requiren enerxía xerada pola respiración das células 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 raíz 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 raíz. O rego ten grandes diferenzas na renovación e suplemento de contido en osíxeno en substratos con diferentes estados de contido de 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 a capacidade de mantemento de auga do substrato razoable (contido de aire) é a premisa de manter un alto contido en osíxeno no ambiente raíz.

Efectos da temperatura e da salinidade no contido de osíxeno saturado en solución

Contido de osíxeno disolto en auga

O osíxeno disolto disólvese en osíxeno non ligado ou libre na 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 saturado de osíxeno na auga cambia coa temperatura e, cando aumenta a temperatura, o contido de osíxeno diminúe. O contido saturado de osíxeno de auga clara é superior ao da auga de mar que contén sal (Figura 1), polo que o contido de osíxeno saturado de solucións de nutrientes con diferentes concentracións será diferente.

Transporte de osíxeno en matriz

O osíxeno que as raíces das colleitas de invernadoiro poden obter da solución de nutrientes debe estar en estado libre e o osíxeno é transportado no substrato a través do aire e a auga e a auga arredor 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 de contido de osíxeno no aire levará ao cambio proporcional do contido de osíxeno na auga.

Efectos do estrés da hipoxia no ambiente raíz nos cultivos

Causas da hipoxia raíz

Hai varias razóns polas que o risco de hipoxia nos sistemas de cultivo de hidroponía e substrato é maior no verán. En primeiro lugar, o contido de osíxeno saturado na auga diminuirá a medida que aumente a temperatura. En segundo lugar, o osíxeno necesario para manter o crecemento da raíz 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 efectivo, o que leva a hipoxia no ambiente raíz.

Absorción e crecemento

A absorción de nutrientes máis esenciais depende dos procesos estreitamente relacionados co metabolismo raíz, que requiren a enerxía xerada pola respiración das células raíz, é dicir, a descomposición de produtos fotosintéticos en presenza de osíxeno. Os estudos demostraron que o 10% ~ 20% dos asimilados totais das plantas de tomate úsanse en raíces, o 50% dos cales se usan 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 ambiente directo onde liberan co₂. En condicións anaerobias causadas pola mala ventilación en substratos e hidroponía, a hipoxia afectará á absorción de auga e nutrientes. A hipoxia ten unha resposta rápida á absorción activa de nutrientes, é dicir, nitrato (non₃^-), potasio (k) e fosfato (PO₄^3-), que interferirá coa absorción pasiva de calcio (CA) e magnesio (Mg).

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

O mecanismo metabólico das plantas depende do osíxeno como aceptador de electróns. Sen osíxeno, a produción de ATP parará. Sen ATP, a saída de protóns das raíces parará, a saba celular das células raíz converterase en ácido e estas células morrerán nunhas horas. A hipoxia temporal e a curto prazo non causará estrés nutricional irreversible nas plantas. Por mor do mecanismo de "respiración de nitratos", pode ser unha adaptación a curto prazo para facer fronte á hipoxia como unha forma alternativa durante a hipoxia raíz. Non obstante, a hipoxia a longo prazo levará a un crecemento lento, a diminución da área das follas e a diminución do peso fresco e seco, o que levará a un descenso significativo do rendemento das colleitas.

Etileno

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

O estrés de osíxeno leva á diminución do crecemento das follas

O ABA prodúcese en raíces e follas para facer fronte a diversas tensións ambientais. No ambiente raíz, a resposta típica ao estrés é o peche estomatal, que implica a formación de ABA. Antes de que os estomas estean pechados, a parte superior da planta perde a presión de inchazo, a parte superior deixa marchitar e a eficiencia fotosintética tamén pode diminuír. Moitos estudos demostraron que os estomas responden ao aumento da concentración de ABA no apoplasto ao pechar, é dicir, o contido total de ABA en non follas ao liberar ABA intracelular, as plantas poden aumentar a concentración de apoplasto ABA moi rápido. Cando as plantas están baixo estrés ambiental, comezan a liberar ABA nas células e o sinal de liberación de raíz pódese transmitir en minutos en vez de horas. O aumento de ABA no tecido das follas pode reducir a elongación da parede celular e levar á diminución da alargación das follas. Outro efecto da hipoxia é que se acurta a vida útil das follas, o que afectará a todas as follas. A hipoxia normalmente leva á diminución do transporte de citocinina e nitratos. A falta de nitróxeno ou citocinina acurtará o tempo de mantemento da zona das follas e deterá o crecemento de ramas e follas dentro duns días.

Optimización do ambiente de osíxeno do sistema raíz do cultivo

As características do substrato son decisivas para a distribución de auga e osíxeno. A concentración de osíxeno no ambiente raíz das verduras de invernadoiro está relacionada principalmente coa capacidade de retención de auga de substrato, rego (tamaño e frecuencia), estrutura do substrato e temperatura da tira do substrato. Só cando o contido de osíxeno no ambiente raíz está polo menos por encima do 10% (4 ~ 5mg/L) pódese manter a actividade raíz no mellor estado.

O sistema raíz 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 raíz determina en gran medida a eficiencia de absorción de nutrientes e auga e a calidade do sistema raíz. O nivel de osíxeno suficiente no ambiente do sistema raíz pode garantir a saúde do sistema raíz, de xeito que as plantas teñan unha mellor resistencia aos microorganismos patóxenos (figura 3). O nivel adecuado de osíxeno no substrato tamén minimiza o risco de condicións anaerobias, minimizando así o risco de microorganismos patóxenos.

Consumo de osíxeno no ambiente raíz

O consumo máximo de osíxeno de cultivos pode chegar a 40 mg/m2/h (o consumo depende dos cultivos). Dependendo da temperatura, a auga de rego pode conter ata 7 ~ 8mg/L de osíxeno (figura 4). Para alcanzar 40 mg, hai que dar 5L de auga cada hora para satisfacer a demanda de osíxeno, pero de feito, non se pode chegar a cantidade de rego nun día. Isto significa que o osíxeno proporcionado polo rego xoga só un pequeno papel. A maior parte do subministro de osíxeno chega á zona raíz a través de poros na matriz, e a contribución do subministro de osíxeno a través de poros é ata o 90%, dependendo da hora do día. Cando a evaporación das plantas alcanza o máximo, o importe do rego tamén alcanza o máximo, o que equivale a 1 ~ 1,5L/m2/h. Se a auga de rego contén 7mg/L de osíxeno, proporcionará osíxeno de 7 ~ 11mg/m2/h para a zona raíz. Isto equivale ao 17% ~ 25% da demanda. Por suposto, isto só se aplica á situación de que a auga de rega pobre de osíxeno no substrato é substituída por auga de rega fresca.

Ademais do consumo de raíces, os microorganismos no ambiente raíz tamén consumen osíxeno. É difícil cuantificar isto 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.

Optimiza 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 demasiado baixa do substrato (temperatura da raíz) pode levar a dificultade na absorción de auga. A 5 ℃, a absorción é un 70% ~ 80% inferior a 20 ℃. Se a baixa temperatura do substrato vai acompañada de alta temperatura, levará a marchitar as plantas. A absorción de ións depende obviamente da temperatura, que inhibe a absorción de ións a baixa temperatura, e a sensibilidade de diferentes elementos de nutrientes á temperatura é diferente.

A temperatura demasiado alta do substrato tamén é inútil e pode levar a un sistema raíz demasiado grande. Noutras palabras, hai unha distribución desequilibrada da materia seca nas plantas. Debido a que o sistema raíz é demasiado grande, as perdas innecesarias produciranse a través da respiración e esta parte da enerxía perdida podería ter sido usada 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 no contido de osíxeno no ambiente raíz que o osíxeno consumido polos microorganismos. O sistema raíz consume moito osíxeno e incluso leva a hipoxia no caso de substrato deficiente ou estrutura do solo, reducindo así a absorción de auga e ións.

Manter a capacidade de mantemento de auga razoable 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 o osíxeno na matriz, é dicir, o 80% ~ 85% de contido de auga (figura 5). O mantemento a longo prazo do contido de auga por encima do 85% no substrato afectará ao subministro de osíxeno. A maior parte do subministro de osíxeno (75%~ 90%) é a través dos poros da matriz.

Suplemento de rego ao contido de osíxeno en substrato

Máis luz solar levará a un maior consumo de osíxeno e menor concentración de osíxeno nas raíces (figura 6), e máis azucre fará que o consumo de osíxeno aumente durante a 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 baixo a condición de que a capacidade de retención de auga do substrato sexa alta e o contido de aire é 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 a máis absorción de auga (os mesmos tempos de rego). A influencia relativa do rego no contido de osíxeno no substrato é moi inferior á capacidade de retención de auga (contido de aire) no substrato.

Falar

Na produción real, o contido de osíxeno (aire) no ambiente da raíz do cultivo é facilmente esquecido, pero é un factor importante garantir o crecemento normal dos cultivos e o saudable desenvolvemento de raíces.

Para obter o rendemento máximo durante a produción de cultivos, é moi importante protexer o ambiente do sistema raíz na mellor condición o máximo posible. Os estudos demostraron que o O₂O contido no ambiente do sistema raíz por baixo de 4mg/L terá un impacto negativo no crecemento das colleitas. O o₂O contido no ambiente raíz está influenciado principalmente polo rego (cantidade e frecuencia de rego), a estrutura do substrato, o contido de auga do substrato, a temperatura de invernadoiro e o substrato e os diferentes patróns de plantación serán diferentes. As algas e os microorganismos tamén teñen unha certa relación co contido de osíxeno no ambiente raíz dos cultivos hidropónicos. A hipoxia non só provoca o lento desenvolvemento de plantas, senón que tamén aumenta a presión dos patóxenos raíz (Pythium, Phytophthora, Fusarium) no crecemento da raíz.

A estratexia de rego ten unha influencia significativa na O₂Contido no substrato, e tamén é un xeito 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 estado de osíxeno mellor. No substrato con baixa capacidade de retención de auga, o substrato pode manter un alto contido en osíxeno e, ao mesmo tempo, é necesario evitar a diferenza de contido de auga entre substratos mediante maior frecuencia de rego e intervalo máis curto. Canto menor sexa a capacidade de retención de auga dos substratos, maior será a diferenza entre os substratos. Substrato húmido, menor frecuencia de rego e intervalo máis longo garanten máis substitución de aire e condicións favorables de osíxeno.

O drenaxe do substrato é outro factor que ten unha gran influencia na taxa de renovación e no gradiente de concentración de osíxeno no substrato, dependendo do tipo e capacidade de retención de auga do substrato. O líquido de rego non debe permanecer na parte inferior do substrato durante moito tempo, pero debe descargarse rapidamente para que a auga de rega enriquecida con osíxeno fresco poida chegar de novo ao fondo do substrato. A velocidade de drenaxe pode estar influenciada por algunhas medidas relativamente sinxelas, como o gradiente do substrato nas direccións lonxitudinais e de ancho. Canto maior sexa o gradiente, máis rápido será a velocidade de drenaxe. Diferentes substratos teñen aberturas diferentes e o número de puntos de venda tamén é diferente.

Final

[Información de citación]

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