Landbúnaðarverkfræðitækni í gróðurhúsaræktun. Birt í Peking klukkan 17:30 þann 13. janúar 2023.

Upptaka flestra næringarefna er ferli sem tengist náið efnaskiptum plantnaróta. Þessi ferli krefjast orku sem myndast við öndun rótarfrumna, og vatnsupptaka er einnig stjórnað af hitastigi og öndun, og öndun krefst þátttöku súrefnis, þannig að súrefni í rótarumhverfinu hefur mikilvæg áhrif á eðlilegan vöxt ræktunar. Uppleyst súrefnisinnihald í vatni er undir áhrifum hitastigs og seltu, og uppbygging undirlagsins ákvarðar loftinnihald í rótarumhverfinu. Vökvun er mjög mismunandi hvað varðar endurnýjun og viðbót súrefnisinnihalds í undirlagi með mismunandi vatnsinnihald. Það eru margir þættir sem geta hámarkað súrefnisinnihald í rótarumhverfinu, en áhrif hvers þáttar eru mjög mismunandi. Að viðhalda hæfilegri vatnsbindingargetu undirlagsins (loftinnihaldi) er forsenda þess að viðhalda háu súrefnisinnihaldi í rótarumhverfinu.

Áhrif hitastigs og seltu á mettað súrefnisinnihald í lausn

Uppleyst súrefnisinnihald í vatni

Uppleyst súrefni er uppleyst í óbundnu eða fríu súrefni í vatni og magn uppleysts súrefnis í vatninu nær hámarki við ákveðið hitastig, sem er mettað súrefnisinnihald. Mettað súrefnisinnihald í vatni breytist með hitastigi og þegar hitastigið hækkar lækkar súrefnisinnihaldið. Mettað súrefnisinnihald í tæru vatni er hærra en í saltsjó (Mynd 1), þannig að mettað súrefnisinnihald næringarefnalausna með mismunandi styrk verður mismunandi.

Flutningur súrefnis í grunnefni

Súrefnið sem rætur gróðurhúsaræktar geta fengið úr næringarlausn verður að vera í frjálsu formi og súrefni er flutt í jarðveginum í gegnum loft og vatn og vatn í kringum ræturnar. Þegar það er í jafnvægi við súrefnisinnihald loftsins við tiltekið hitastig nær uppleyst súrefni í vatni hámarki og breyting á súrefnisinnihaldi loftsins mun leiða til hlutfallslegrar breytinga á súrefnisinnihaldi vatns.

Áhrif súrefnisskorts í rótarumhverfi á ræktun

Orsakir rótarsúrefnisskorts

Nokkrar ástæður eru fyrir því að hætta á súrefnisskorti í vatnsrækt og undirlagsræktarkerfum er meiri á sumrin. Í fyrsta lagi minnkar mettað súrefnisinnihald vatnsins þegar hitastig hækkar. Í öðru lagi eykst súrefnisþörfin til að viðhalda rótarvexti með hækkandi hitastigi. Ennfremur er næringarefnaupptaka meiri á sumrin, þannig að súrefnisþörfin fyrir næringarefnaupptöku er meiri. Þetta leiðir til minnkandi súrefnisinnihalds í rótarumhverfinu og skorts á virkum fæðubótarefnum, sem leiðir til súrefnisskorts í rótarumhverfinu.

Frásog og vöxtur

Upptaka flestra nauðsynlegra næringarefna er háð ferlum sem tengjast náið efnaskiptum rótar, sem krefjast orkunnar sem myndast við öndun rótarfrumna, þ.e. niðurbrot ljóstillífunarafurða í súrefnisupptöku. Rannsóknir hafa sýnt að 10%~20% af heildarupptöku tómatplantna er notuð í rótum, þar af eru 50% notuð til upptöku næringarjóna, 40% til vaxtar og aðeins 10% til viðhalds. Rætur verða að finna súrefni í beinu umhverfi þar sem þær losa CO2.₂Við loftfirrðar aðstæður, af völdum lélegrar loftræstingar í jarðlögum og vatnsrækt, mun súrefnisskortur hafa áhrif á frásog vatns og næringarefna. Súrefnisskortur bregst hratt við virkri frásogi næringarefna, þ.e. nítrats (NO₃^-), kalíum (K) og fosfat (PO₄^3-), sem mun trufla óvirka upptöku kalsíums (Ca) og magnesíums (Mg).

Rætur plantna þurfa orku, eðlileg virkni rótanna þarfnast lægsta súrefnisþéttni og súrefnisþéttni undir COP-gildi verður þáttur sem takmarkar efnaskipti rótarfrumna (súrefnisskort). Þegar súrefnisinnihaldið er lágt hægir á vextinum eða stöðvast jafnvel. Ef hlutar af súrefnisskorti rótanna hafa aðeins áhrif á greinar og laufblöð getur rótarkerfið bætt upp fyrir þann hluta rótarkerfisins sem er ekki lengur virkur af einhverjum ástæðum með því að auka staðbundna upptöku.

Efnaskiptaferlar plantna eru háðir súrefni sem rafeindaþega. Án súrefnis stöðvast ATP-framleiðsla. Án ATP stöðvast róteindir frá rótunum, frumusafi rótarfrumnanna verður súr og þessar frumur deyja innan fárra klukkustunda. Tímabundin og skammtíma súrefnisskortur veldur ekki óafturkræfum næringarálagi í plöntum. Vegna „nítratöndunar“-ferlisins getur verið skammtímaaðlögun að því að takast á við súrefnisskort sem valkost við súrefnisskort í rótum. Hins vegar mun langtíma súrefnisskortur leiða til hægs vaxtar, minnkaðs blaðflatarmáls og minnkaðrar fersk- og þurrþyngdar, sem mun leiða til verulegrar lækkunar á uppskeru.

Etýlen

Plöntur mynda etýlen á staðnum við mikla streitu. Venjulega er etýlen fjarlægt úr rótunum með því að dreifast út í jarðveginn. Þegar vatnsþrengsli eiga sér stað eykst myndun etýlens ekki aðeins heldur minnkar dreifingin einnig verulega þar sem ræturnar eru umkringdar vatni. Aukin etýlenþéttni leiðir til myndunar loftræstikerfis í rótunum (Mynd 2). Etýlen getur einnig valdið öldrun laufblaða og víxlverkun etýlens og áxíns eykur myndun aðkomuróta.

Súrefnisálag leiðir til minnkaðs blaðvaxtar

ABA er framleitt í rótum og laufblöðum til að takast á við ýmsa umhverfisálag. Í rótarumhverfinu er dæmigerð viðbrögð við álagi lokun loftaugnanna, sem felur í sér myndun ABA. Áður en loftaugnirnar lokast missir toppur plöntunnar þensluþrýsting, efstu laufin visna og ljóstillífunargeta getur einnig minnkað. Margar rannsóknir hafa sýnt að loftaugnirnar bregðast við aukinni ABA-þéttni í frumufrumnum með því að lokast, það er að segja heildar ABA-innihaldi í öðrum laufblöðum með því að losa innanfrumu ABA. Plöntur geta aukið styrk ABA í frumufrumnum mjög hratt. Þegar plöntur eru undir umhverfisálagi byrja þær að losa ABA í frumum og losunarmerki rótarinnar getur borist á nokkrum mínútum í stað klukkustunda. Aukning ABA í laufvef getur dregið úr lengingu frumuveggja og leitt til minnkaðrar lengingar laufblaða. Önnur áhrif súrefnisskorts eru að líftími laufblaða styttist, sem hefur áhrif á öll laufblöð. Súrefnisskortur leiðir venjulega til minnkaðrar flutnings cýtókínína og nítrata. Skortur á köfnunarefni eða cýtókíníni styttir viðhaldstíma blaðflatarmáls og stöðvar vöxt greina og laufblaða innan fárra daga.

Að hámarka súrefnisumhverfi rótarkerfis uppskeru

Eiginleikar undirlagsins eru afgerandi fyrir dreifingu vatns og súrefnis. Súrefnisþéttni í rótarumhverfi gróðurhúsagrænmetis er aðallega tengd vatnsbindingargetu undirlagsins, vökvun (stærð og tíðni), uppbyggingu undirlagsins og hitastigi undirlagsræmunnar. Aðeins þegar súrefnisinnihald í rótarumhverfinu er að minnsta kosti yfir 10% (4~5 mg/L) er hægt að viðhalda rótarvirkni í sem bestu ástandi.

Rótarkerfi nytjaplantna er mjög mikilvægt fyrir vöxt plantna og sjúkdómsþol þeirra. Vatn og næringarefni eru frásoguð í samræmi við þarfir plantnanna. Hins vegar ræður súrefnismagn í rótarumhverfinu að miklu leyti frásogsgetu næringarefna og vatns og gæðum rótarkerfisins. Nægilegt súrefnismagn í rótarumhverfinu getur tryggt heilbrigði rótarkerfisins, þannig að plöntur hafa betri mótstöðu gegn sjúkdómsvaldandi örverum (Mynd 3). Nægilegt súrefnismagn í undirlaginu lágmarkar einnig hættu á loftfirrtum aðstæðum og þar með hættu á sjúkdómsvaldandi örverum.

Súrefnisnotkun í rótarumhverfi

Hámarks súrefnisnotkun plantna getur verið allt að 40 mg/m2/klst (notkun fer eftir ræktun). Eftir hitastigi getur vökvunarvatnið innihaldið allt að 7~8 mg/L af súrefni (Mynd 4). Til að ná 40 mg þarf að gefa 5 lítra af vatni á klukkustundarfresti til að uppfylla súrefnisþörfina, en í raun nær vökvunarmagni á einum degi ekki endilega. Þetta þýðir að súrefnisframboðið með vökvun gegnir aðeins litlu hlutverki. Mest af súrefnisframboðinu nær rótarsvæðinu í gegnum svigrúm í grunnefninu og framlag súrefnisframboðsins í gegnum svigrúm er allt að 90%, allt eftir tíma dags. Þegar uppgufun plantna nær hámarki nær vökvunarmagnið einnig hámarki, sem jafngildir 1~1,5 L/m2/klst. Ef vökvunarvatnið inniheldur 7 mg/L af súrefni mun það veita 7~11 mg/m2/klst súrefni fyrir rótarsvæðið. Þetta jafngildir 17%~25% af þörfinni. Þetta á auðvitað aðeins við ef súrefnissnautt áveituvatn í undirlaginu er skipt út fyrir ferskt áveituvatn.

Auk neyslu rótanna neyta örverur í rótarumhverfinu einnig súrefni. Erfitt er að mæla þetta magn þar sem engar mælingar hafa verið gerðar á þessu sviði. Þar sem nýtt undirlag er skipt út á hverju ári má gera ráð fyrir að örverur gegni tiltölulega litlu hlutverki í súrefnisnotkun.

Hámarka umhverfishita rætur

Umhverfishitastig rótarkerfisins er mjög mikilvægt fyrir eðlilegan vöxt og starfsemi rótarkerfisins og það er einnig mikilvægur þáttur sem hefur áhrif á upptöku vatns og næringarefna af því.

Of lágt hitastig undirlagsins (rótarhitastig) getur leitt til erfiðleika við vatnsupptöku. Við 5°C er upptökunin 70%~80% lægri en við 20°C. Ef lágt hitastig undirlagsins fylgir hátt hitastig mun það leiða til visnunar plantna. Jónupptaka er augljóslega háð hitastigi, sem hamlar jónupptöku við lágt hitastig, og næmi mismunandi næringarefna fyrir hitastigi er mismunandi.

Of hátt hitastig undirlagsins er einnig gagnslaust og getur leitt til of stórs rótarkerfis. Með öðrum orðum, það er ójafnvægi í þurrefnisdreifingu í plöntum. Vegna þess að rótarkerfið er of stórt mun óþarfa orkutap eiga sér stað vegna öndunar og þessi hluti af orkutapinu hefði getað verið notaður í uppskeruhluta plöntunnar. Við hærra hitastig undirlagsins er uppleyst súrefnisinnihald lægra, sem hefur mun meiri áhrif á súrefnisinnihald rótarumhverfisins en súrefni sem örverur neyta. Rótarkerfið neytir mikils súrefnis og leiðir jafnvel til súrefnisskorts ef undirlag eða jarðvegsbygging er léleg, sem dregur úr frásogi vatns og jóna.

Viðhalda hæfilegri vatnsbindingargetu grunnefnisins.

Neikvæð fylgni er milli vatnsinnihalds og prósentu súrefnisinnihalds í grunnefninu. Þegar vatnsinnihaldið eykst lækkar súrefnisinnihaldið og öfugt. Það er mikilvægt bil á milli vatnsinnihalds og súrefnis í grunnefninu, það er 80%~85% vatnsinnihald (Mynd 5). Langtíma viðhald vatnsinnihalds yfir 85% í undirlaginu mun hafa áhrif á súrefnisframboðið. Mestur hluti súrefnisframboðsins (75%~90%) er í gegnum svigrúm í grunnefninu.

Viðbót áveitu vegna súrefnisinnihalds í jarðvegi

Meira sólarljós leiðir til meiri súrefnisnotkunar og lægri súrefnisþéttni í rótum (Mynd 6), og meiri sykur gerir súrefnisnotkunina meiri á nóttunni. Vökvun er sterk, vatnsupptaka er mikil og það er meira loft og meira súrefni í undirlaginu. Það má sjá vinstra megin á mynd 7 að súrefnisinnihald undirlagsins eykst lítillega eftir vökvun að því tilskildu að vatnsbindingargeta undirlagsins sé mikil og loftinnihaldið mjög lágt. Eins og sést hægra megin á mynd 7, eykst loftinnihald undirlagsins við tiltölulega betri lýsingu vegna meiri vatnsupptöku (sami vökvunartími). Hlutfallsleg áhrif vökvunar á súrefnisinnihald undirlagsins eru mun minni en vatnsbindingargetan (loftinnihald) í undirlaginu.

Ræða

Í raunverulegri framleiðslu er auðvelt að gleyma súrefnisinnihaldi (lofts) í rótarumhverfi uppskerunnar, en það er mikilvægur þáttur til að tryggja eðlilegan vöxt uppskerunnar og heilbrigða rótarþroska.

Til að ná sem mestum uppskeru við ræktun er mjög mikilvægt að vernda rótarkerfið í sem bestu ástandi eins og mögulegt er. Rannsóknir hafa sýnt að O₂Ef innihald í rótarkerfinu er undir 4 mg/L mun það hafa neikvæð áhrif á vöxt uppskerunnar. O₂Súrefnisinnihald í rótarumhverfinu er aðallega háð áveitu (vökvunarmagn og tíðni), uppbyggingu undirlagsins, vatnsinnihaldi undirlagsins, hitastigi gróðurhúss og undirlags, og mismunandi gróðursetningarmynstur verða mismunandi. Þörungar og örverur hafa einnig ákveðið samband við súrefnisinnihald í rótarumhverfi vatnsræktunarplantna. Súrefnisskortur veldur ekki aðeins hægfara þroska plantna, heldur eykur einnig þrýsting rótarsjúkdómsvalda (pythium, phytophthora, fusarium) á rótarvöxt.

Áveituáætlun hefur mikil áhrif á O₂innihald í undirlaginu, og það er einnig stjórnanlegri leið í gróðursetningarferlinu. Sumar rannsóknir á rósum hafa leitt í ljós að með því að auka vatnsinnihaldið í undirlaginu hægt (að morgni) er hægt að fá betra súrefnisástand. Í undirlagi með litla vatnsbindingu getur undirlagið viðhaldið háu súrefnisinnihaldi, og á sama tíma er nauðsynlegt að forðast mismun á vatnsinnihaldi milli undirlaga með því að auka tíðni áveitu og styttri millibili. Því lægri sem vatnsbindingargeta undirlagsins er, því meiri er munurinn á milli undirlaga. Rakur undirlag, lægri tíðni áveitu og lengri millibil tryggja meiri loftskipti og hagstæð súrefnisskilyrði.

Frárennsli undirlagsins er annar þáttur sem hefur mikil áhrif á endurnýjunarhraða og súrefnisþéttnihalla í undirlaginu, allt eftir gerð og vatnsbindingargetu undirlagsins. Vökvunarvökvi ætti ekki að vera of lengi á botni undirlagsins, heldur ætti að losa hann fljótt svo að ferskt súrefnisríkt vökvunarvatn geti náð aftur til botns undirlagsins. Hægt er að hafa áhrif á frárennslishraða með tiltölulega einföldum ráðstöfunum, svo sem halla undirlagsins í lengdar- og breiddarátt. Því meiri sem hallinn er, því hraðari er frárennslishraðinn. Mismunandi undirlag hafa mismunandi op og fjöldi útrása er einnig mismunandi.

END

[upplýsingar um tilvitnun]

Xie Yuanpei. Áhrif súrefnisinnihalds í umhverfinu í rótum gróðurhúsaræktunar á vöxt ræktunar [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(31):21-24.