Landwirtschaftlech Ingenieurstechnologie vum TreibhausgaartVerëffentlecht zu Peking den 13. Januar 2023 um 17:30 Auer.

D'Absorptioun vun de meeschte Nährstoffer ass e Prozess, deen enk mat de metabolesche Aktivitéite vun de Planzewuerzele verbonnen ass. Dës Prozesser erfuerderen Energie, déi duerch d'Atmung vun de Wuerzelzellen generéiert gëtt, an d'Waasserabsorptioun gëtt och duerch Temperatur an Atmung geregelt, an d'Atmung erfuerdert d'Participatioun vu Sauerstoff, sou datt de Sauerstoff an der Wuerzelëmfeld en entscheedenden Afloss op dat normalt Wuesstum vu Kulturen huet. Den opgeléisten Sauerstoffgehalt am Waasser gëtt vun der Temperatur an dem Salzgehalt beaflosst, an d'Struktur vum Substrat bestëmmt den Loftgehalt an der Wuerzelëmfeld. D'Bewässerung huet grouss Ënnerscheeder an der Erneierung an der Ergänzung vum Sauerstoffgehalt a Substrater mat verschiddene Waassergehaltszoustänn. Et gi vill Faktoren fir den Sauerstoffgehalt an der Wuerzelëmfeld ze optimiséieren, awer den Aflossgrad vun all Faktor ass ganz ënnerschiddlech. D'Erhalen vun enger raisonnabeler Waasserhaltekapazitéit vum Substrat (Loftgehalt) ass d'Viraussetzung fir den Erhalen vun engem héije Sauerstoffgehalt an der Wuerzelëmfeld.

Auswierkunge vun Temperatur a Salzgehalt op de gesättigte Sauerstoffgehalt an der Léisung

Gehalt vum opgeléisten Sauerstoff am Waasser

Geléiste Sauerstoff gëtt a fräiem oder ongebonnenem Sauerstoff am Waasser geléist, an den Inhalt vu geléistem Sauerstoff am Waasser erreecht säi Maximum bei enger bestëmmter Temperatur, nämlech dem gesättigte Sauerstoffgehalt. Den Inhalt vu gesättigte Sauerstoff am Waasser ännert sech mat der Temperatur, a wann d'Temperatur eropgeet, hëlt den Sauerstoffgehalt of. Den Inhalt vu gesättigte Sauerstoff a klorem Waasser ass méi héich wéi dee vu salzegem Mierwaasser (Figur 1), sou datt den Inhalt vu gesättigte Sauerstoff vun Nährstoffléisunge mat verschiddene Konzentratioune ënnerschiddlech ass.

Transport vu Sauerstoff an der Matrix

De Sauerstoff, deen d'Wuerzele vun der Treibhausplanz aus enger Nährléisung kréien, muss fräi sinn, an de Sauerstoff gëtt am Substrat duerch Loft a Waasser a Waasser ronderëm d'Wuerzelen transportéiert. Wann et am Gläichgewiicht mam Sauerstoffgehalt an der Loft bei enger bestëmmter Temperatur ass, erreecht de Sauerstoff, deen am Waasser geléist ass, säi Maximum, an d'Ännerung vum Sauerstoffgehalt an der Loft féiert zu enger proportionaler Ännerung vum Sauerstoffgehalt am Waasser.

Auswierkunge vun Hypoxie-Stress an der Wuerzelëmfeld op Kulturen

Ursaachen vun der Wuerzelhypoxie

Et gëtt verschidde Grënn, firwat de Risiko vun Hypoxie an Hydroponik a Substratkultivatiounssystemer am Summer méi héich ass. Éischtens hëlt den gesättigte Sauerstoffgehalt am Waasser of, wann d'Temperatur eropgeet. Zweetens hëlt de Sauerstoffgehalt, deen néideg ass fir d'Wuerzelwuesstum z'erhalen, mat der Temperatur erop. Ausserdeem ass d'Quantitéit un Nährstofferabsorptioun am Summer méi héich, sou datt de Sauerstoffbedarf fir d'Nährstofferabsorptioun méi héich ass. Dëst féiert zu enger Ofsenkung vum Sauerstoffgehalt an der Wuerzelëmfeld an dem Manktem un effektiver Ergänzung, wat zu Hypoxie an der Wuerzelëmfeld féiert.

Absorptioun a Wuesstem

D'Absorptioun vun de meeschte wesentlechen Nährstoffer hänkt vun de Prozesser of, déi enk mam Wuerzelmetabolismus verbonne sinn, déi d'Energie erfuerderen, déi duerch d'Atmung vun de Wuerzelzellen generéiert gëtt, dat heescht d'Zersetzung vu photosynthetesche Produkter a Präsenz vu Sauerstoff. Studien hunn gewisen, datt 10%~20% vun den gesamten Assimilaten vun Tomateplanzen an de Wuerzele benotzt ginn, vun deenen 50% fir d'Absorptioun vun Nährstofferionen, 40% fir d'Wuesstem an nëmmen 10% fir d'Ënnerhalt benotzt ginn. Wuerzele mussen de Sauerstoff an der direkter Ëmwelt fannen, wou se CO2 ofsetzen.₂Ënner anaerobe Konditiounen, déi duerch schlecht Belëftung a Substrater an Hydroponik verursaacht ginn, beaflosst Hypoxie d'Absorptioun vu Waasser an Nährstoffer. Hypoxie reagéiert séier op déi aktiv Absorptioun vun Nährstoffer, nämlech Nitrat (NO₃^-), Kalium (K) a Phosphat (PO₄^3-), wat d'passiv Absorptioun vu Kalzium (Ca) a Magnesium (Mg) stéiert.

D'Wuesstem vun de Planzenwurzele brauch Energie, déi normal Wuerzelaktivitéit brauch déi niddregst Sauerstoffkonzentratioun, an d'Sauerstoffkonzentratioun ënner dem COP-Wäert gëtt zu engem Faktor, deen de Wuerzelzellenmetabolismus limitéiert (Hypoxie). Wann den Sauerstoffgehalt niddreg ass, verlangsamt sech de Wuesstem oder hält souguer op. Wann déi partiell Wuerzelhypoxie nëmmen d'Äscht a Blieder betrëfft, kann de Wuerzelsystem deen Deel vum Wuerzelsystem kompenséieren, deen aus iergendengem Grond net méi aktiv ass, andeems en d'lokal Absorptioun erhéicht.

De Planzemetabolismus hänkt vum Sauerstoff als Elektroneakzeptor of. Ouni Sauerstoff stoppt d'ATP-Produktioun. Ouni ATP stoppt den Ausfloss vu Protonen aus de Wuerzelen, den Zellsaaft vun de Wuerzelzellen gëtt sauer, an dës Zellen stierwen bannent e puer Stonnen. Temporär a kuerzfristeg Hypoxie verursaacht keen irreversiblen Ernärungsstress bei de Planzen. Wéinst dem "Nitrat-Atmung"-Mechanismus kann et eng kuerzfristeg Adaptatioun sinn, fir mat Hypoxie als alternativ Manéier während der Wuerzelhypoxie ëmzegoen. Wéinst laangfristeger Hypoxie féiert awer zu engem luese Wuesstum, enger reduzéierter Blatfläch an engem reduzéierte frësche a trocken Gewiicht, wat zu engem bedeitende Réckgang vum Ernteertrag féiert.

Ethylen

Planzen bilden Ethylen in situ ënner vill Stress. Normalerweis gëtt Ethylen aus de Wuerzelen ewechgeholl andeems en an d'Buedemloft diffundéiert. Wann Waasserstaub optrieden, wäert d'Bildung vun Ethylen net nëmmen eropgoen, mä och d'Diffusioun wäert staark reduzéiert ginn, well d'Wuerzelen vu Waasser ëmginn sinn. D'Erhéijung vun der Ethylenkonzentratioun féiert zu der Bildung vu Belëftungsgewebe an de Wuerzelen (Figur 2). Ethylen kann och d'Blatalterung verursaachen, an d'Interaktioun tëscht Ethylen an Auxin wäert d'Bildung vun zousätzleche Wuerzelen erhéijen.

Sauerstoffstress féiert zu engem reduzéierte Blatwuesstum

ABA gëtt a Wuerzelen a Blieder produzéiert fir mat verschiddenen Ëmweltstress ëmzegoen. An der Wuerzelëmfeld ass déi typesch Reaktioun op Stress d'Schließung vun de Stomaten, wat d'Bildung vun ABA involvéiert. Ier d'Stomata zou sinn, verléiert d'Spëtzt vun der Planz den Drock an der Schwellung, d'Spëtzt vun de Blieder verwëlkt, an d'Fotosyntheseeffizienz kann och erofgoen. Vill Studien hunn gewisen, datt d'Stomata op d'Erhéijung vun der ABA-Konzentratioun an den Apoplasten reagéieren, andeems se sech zoumaachen, dat heescht den gesamten ABA-Gehalt an Net-Blieder, andeems se intrazellulär ABA fräisetzen. Planzen kënnen d'Konzentratioun vun Apoplast-ABA ganz séier erhéijen. Wann d'Planzen ënner Ëmweltstress sinn, fänken se un, ABA an den Zellen fräizesetzen, an de Signal vun der Wuerzelfräisetzung kann a Minutten amplaz vu Stonnen iwwerdroe ginn. D'Erhéijung vun ABA am Blatgewebe kann d'Verlängerung vun der Zellwand reduzéieren an zu enger Ofsenkung vun der Blatverlängerung féieren. En aneren Effekt vun der Hypoxie ass, datt d'Liewensdauer vun de Blieder verkierzt gëtt, wat all Blieder beaflosst. Hypoxie féiert normalerweis zu enger Ofsenkung vum Cytokinin- an Nitrattransport. E Mangel u Stickstoff oder Cytokinin verkierzt d'Erhale vun der Blatfläch a stoppt de Wuesstum vu Branchen a Blieder bannent e puer Deeg.

Optimiséierung vum Sauerstoffëmfeld vum Rootsystem vun der Kultur

D'Charakteristike vum Substrat si fir d'Verdeelung vu Waasser a Sauerstoff entscheedend. D'Sauerstoffkonzentratioun an der Wuerzelëmfeld vu Gewächshausgeméis hänkt haaptsächlech vun der Waasserhaltekapazitéit vum Substrat, der Bewässerung (Gréisst a Frequenz), der Substratstruktur an der Temperatur vum Substratstreifen of. Nëmmen wann de Sauerstoffgehalt an der Wuerzelëmfeld op d'mannst iwwer 10% (4~5mg/L) läit, kann d'Wuerzelaktivitéit am beschten Zoustand erhale bleiwen.

De Wuerzelsystem vu Kulturen ass ganz wichteg fir de Planzewuesstum an d'Resistenz géint Krankheeten. Waasser an Nährstoffer ginn no de Bedierfnesser vun de Planzen absorbéiert. Wéi och ëmmer, de Sauerstoffgehalt an der Wuerzelëmfeld bestëmmt haaptsächlech d'Absorptiounseffizienz vun Nährstoffer a Waasser an d'Qualitéit vum Wuerzelsystem. En ausreechende Sauerstoffgehalt an der Wuerzelëmfeld kann d'Gesondheet vum Wuerzelsystem garantéieren, sou datt d'Planzen e bessere Widderstand géint pathogen Mikroorganismen hunn (Figur 3). En ausreechende Sauerstoffgehalt am Substrat miniméiert och de Risiko vun anaerobe Konditiounen, wouduerch de Risiko vu pathogenen Mikroorganismen miniméiert gëtt.

Sauerstoffverbrauch an der Wuerzelëmfeld

De maximale Sauerstoffverbrauch vu Kulturen kann bis zu 40 mg/m2/h héich sinn (de Verbrauch hänkt vun der Kultur of). Jee no Temperatur kann d'Bewässerungswaasser bis zu 7~8 mg/L Sauerstoff enthalen (Figur 4). Fir 40 mg z'erreechen, mussen all Stonn 5 Liter Waasser ginn, fir de Sauerstoffbedarf ze decken, awer tatsächlech kann d'Bewässerungsquantitéit un engem Dag net erreecht ginn. Dëst bedeit, datt de Sauerstoff, deen duerch d'Bewässerung geliwwert gëtt, nëmmen eng kleng Roll spillt. De gréissten Deel vun der Sauerstoffversuergung erreecht d'Wuerzelzon duerch Poren an der Matrix, an de Bäitrag vun der Sauerstoffversuergung duerch Poren ass bis zu 90% héich, ofhängeg vun der Dageszäit. Wann d'Verdampfung vu Planzen de Maximum erreecht, erreecht och d'Bewässerungsquantitéit de Maximum, wat gläichwäerteg mat 1~1,5 L/m2/h ass. Wann d'Bewässerungswaasser 7 mg/L Sauerstoff enthält, liwwert et 7~11 mg/m2/h Sauerstoff fir d'Wuerzelzon. Dëst entsprécht 17%~25% vum Bedarf. Natierlech gëllt dat nëmme fir déi Situatioun, datt dat sauerstoffaarmt Bewässerungswaasser am Substrat duerch frëscht Bewässerungswaasser ersat gëtt.

Nieft dem Konsum vu Wuerzelen verbrauchen och Mikroorganismen an der Wuerzelëmfeld Sauerstoff. Et ass schwéier dëst ze quantifizéieren, well keng Miessung an dëser Hisiicht gemaach gouf. Well all Joer nei Substrate ersat ginn, kann een dovun ausgoen, datt Mikroorganismen eng relativ kleng Roll beim Sauerstoffverbrauch spillen.

Optiméiert d'Ëmwelttemperatur vun de Wuerzelen

D'Ëmwelttemperatur vum Rootsystem ass ganz wichteg fir dat normalt Wuesstum a Funktioun vum Rootsystem, an et ass och e wichtege Faktor, deen d'Absorptioun vu Waasser an Nährstoffer duerch de Rootsystem beaflosst.

Eng ze niddreg Substrattemperatur (Wuerzeltemperatur) kann zu Schwieregkeeten bei der Waasserabsorptioun féieren. Bei 5℃ ass d'Absorptioun 70%~80% méi niddreg wéi bei 20℃. Wann eng niddreg Substrattemperatur vun enger héijer Temperatur begleet gëtt, féiert dat zu Verwelken vun der Planz. D'Ionenabsorptioun hänkt natierlech vun der Temperatur of, wat d'Ionenabsorptioun bei niddreger Temperatur hemmt, an d'Sensibilitéit vun de verschiddene Nährstoffer op d'Temperatur ass ënnerschiddlech.

Eng ze héich Substrattemperatur ass och nëtzlos a kann zu engem ze grousst Wuerzelsystem féieren. An anere Wierder, et gëtt eng ongläichgewiichteg Verdeelung vun der Dréchestoff an de Planzen. Well de Wuerzelsystem ze grouss ass, entstinn onnéideg Verloschter duerch d'Atmung, an dësen Deel vun der verluerener Energie hätt fir den Erntedeel vun der Planz kënne benotzt ginn. Bei enger méi héijer Substrattemperatur ass den opgeléiste Sauerstoffgehalt méi niddreg, wat e vill méi groussen Impakt op den Sauerstoffgehalt an der Wuerzelëmfeld huet wéi de Sauerstoff, deen vu Mikroorganismen verbraucht gëtt. De Wuerzelsystem verbraucht vill Sauerstoff a féiert souguer zu Hypoxie am Fall vun engem schlechte Substrat oder enger schlechter Buedemstruktur, wouduerch d'Absorptioun vu Waasser an Ionen reduzéiert gëtt.

Eng raisonnabel Waasserhaltungskapazitéit vun der Matrix behalen.

Et gëtt eng negativ Korrelatioun tëscht dem Waassergehalt an dem Prozentsaz u Sauerstoff an der Matrix. Wann de Waassergehalt eropgeet, fällt de Sauerstoffgehalt of, an ëmgekéiert. Et gëtt e kritesche Beräich tëscht dem Waassergehalt an dem Sauerstoff an der Matrix, dat heescht 80%~85% Waassergehalt (Figur 5). Eng laangfristeg Erhalenung vun engem Waassergehalt iwwer 85% am Substrat beaflosst d'Sauerstoffversuergung. De gréissten Deel vun der Sauerstoffversuergung (75%~90%) geschitt duerch d'Poren an der Matrix.

Ergänzung vun der Bewässerung zum Sauerstoffgehalt am Substrat

Méi Sonneliicht féiert zu engem méi héije Sauerstoffverbrauch an enger méi niddreger Sauerstoffkonzentratioun an de Wuerzelen (Figur 6), a méi Zocker mécht de Sauerstoffverbrauch an der Nuecht méi héich. D'Transpiratioun ass staark, d'Waasserabsorptioun ass grouss, an et ass méi Loft a méi Sauerstoff am Substrat. Et kann een op der lénkser Säit vun der Figur 7 gesinn, datt de Sauerstoffgehalt am Substrat no der Bewässerung liicht eropgeet, ënner der Bedingung, datt d'Waasserhaltekapazitéit vum Substrat héich an den Loftgehalt ganz niddreg ass. Wéi op der rietser Säit vun der Fig. 7 gewisen, klëmmt de Loftgehalt am Substrat ënner der Bedingung vun enger relativ besserer Beliichtung wéinst méi Waasserabsorptioun (déiselwecht Bewässerungszäiten). Den relative Afloss vun der Bewässerung op de Sauerstoffgehalt am Substrat ass vill manner wéi d'Waasserhaltekapazitéit (Loftgehalt) am Substrat.

Diskutéieren

An der tatsächlecher Produktioun gëtt den Sauerstoffgehalt (Loft) an der Wuerzelëmfeld vun der Kultur liicht iwwersinn, awer et ass e wichtege Faktor fir dat normalt Wuesstum vun de Kulturen an déi gesond Entwécklung vun de Wuerzelen ze garantéieren.

Fir de maximalen Ertrag während der Kulturproduktioun ze kréien, ass et ganz wichteg, d'Ëmwelt vum Rootsystem sou gutt wéi méiglech an optimalem Zoustand ze schützen. Studien hunn gewisen, datt den O₂En Inhalt an der Ëmwelt vum Rootsystem ënner 4 mg/L huet en negativen Impakt op de Wuesstum vun der Planz.₂Den Inhalt an der Wuerzelëmfeld gëtt haaptsächlech vun der Bewässerung (Bewässerungsquantitéit a Frequenz), der Substratstruktur, dem Waassergehalt vum Substrat, der Temperatur vum Treibhaus an dem Substrat beaflosst, an ënnerschiddlech Planzmuster wäerten ënnerschiddlech sinn. Algen a Mikroorganismen hunn och eng gewësse Bezéiung mam Sauerstoffgehalt an der Wuerzelëmfeld vun hydroponesche Kulturen. Hypoxie verursaacht net nëmmen déi lues Entwécklung vu Planzen, mee erhéicht och den Drock vu Wuerzelpathogenen (Pythium, Phytophthora, Fusarium) op de Wuerzelwuesstum.

D'Bewässerungsstrategie huet e wesentlechen Afloss op den O₂Inhalt am Substrat, an et ass och eng méi kontrolléierbar Method am Planzungsprozess. E puer Studien iwwer d'Planzung vu Rouse hunn erausfonnt, datt eng lues Erhéijung vum Waassergehalt am Substrat (moies) en bessere Sauerstoffzoustand erreeche kann. Am Substrat mat enger gerénger Waasserhaltekapazitéit kann de Substrat en héije Sauerstoffgehalt behalen, an zur selwechter Zäit ass et néideg den Ënnerscheed am Waassergehalt tëscht de Substrater duerch eng méi héich Bewässerungsfrequenz a méi kuerz Intervaller ze vermeiden. Wat méi niddreg d'Waasserhaltekapazitéit vun de Substrater ass, wat méi grouss den Ënnerscheed tëscht de Substrater ass. E fiicht Substrat, eng méi niddreg Bewässerungsfrequenz an e méi laangen Intervall suergen fir méi Loftauswiessel a gënschteg Sauerstoffbedingungen.

D'Drainage vum Substrat ass en anere Faktor, deen e groussen Afloss op d'Erneierungsquote an de Sauerstoffkonzentratiounsgradient am Substrat huet, ofhängeg vun der Aart a Waasserhaltekapazitéit vum Substrat. D'Bewässerungsflëssegkeet soll net ze laang um Buedem vum Substrat bleiwen, mä soll séier ofgeleet ginn, sou datt frëscht sauerstoffangereichert Bewässerungswaasser erëm um Buedem vum Substrat ka kommen. D'Drainagegeschwindegkeet kann duerch e puer relativ einfach Moossname beaflosst ginn, wéi zum Beispill de Gradient vum Substrat an der Längs- a Breetrichtung. Wat méi grouss de Gradient, wat méi séier d'Drainagegeschwindegkeet ass. Verschidde Substrater hunn ënnerschiddlech Öffnungen an d'Zuel vun den Auslaaf ass och ënnerschiddlech.

ENN

[Zitatinformatioun]

Xie Yuanpei. Auswierkunge vum Sauerstoffgehalt an der Ëmwelt an de Wuerzele vun Treibhauskulturen op d'Kulturwuesstum [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(31):21-24.