Landwirtschaftlech Ingenieurstechnologie vum Treibhausgarten Verëffentlecht zu Peking um 17:30 den 13. Januar 2023.

D'Absorptioun vun de meeschte Nährstoffelementer ass e Prozess, deen enk mat de metaboleschen Aktivitéite vu Planzenwurzelen verbonnen ass.Dës Prozesser erfuerderen Energie generéiert vun der Rootzell-Atmung, a Waasserabsorptioun gëtt och duerch Temperatur an Atmung geregelt, an d'Atmung erfuerdert d'Participatioun vu Sauerstoff, sou datt Sauerstoff an der Root-Ëmfeld e wesentlechen Impakt op den normale Wuesstum vun de Kulturen huet.Den opgeléiste Sauerstoffgehalt am Waasser gëtt vun der Temperatur an der Salinitéit beaflosst, an d'Struktur vum Substrat bestëmmt den Loftgehalt am Root-Ëmfeld.Bewässerung huet grouss Differenzen an der Erneierung an Ergänzung vum Sauerstoffgehalt a Substrate mat verschiddene Waassergehaltszoustand.Et gi vill Faktoren fir de Sauerstoffgehalt am Rootëmfeld ze optimiséieren, awer den Aflossgrad vun all Faktor ass ganz anescht.Eng raisonnabel Substrat Waasserhaltungskapazitéit erhalen (Loftgehalt) ass d'Viraussetzung fir en héije Sauerstoffgehalt am Rootëmfeld z'erhalen.

Effekter vun Temperatur a Salinitéit op gesättigte Sauerstoffgehalt an der Léisung

Opgeléist Sauerstoffgehalt am Waasser

Opgeléist Sauerstoff gëtt an ongebonnen oder fräiem Sauerstoff am Waasser opgeléist, an den Inhalt vum opgeléiste Sauerstoff am Waasser erreecht de Maximum bei enger bestëmmter Temperatur, wat de gesättigte Sauerstoffgehalt ass.De gesättigte Sauerstoffgehalt am Waasser ännert sech mat der Temperatur, a wann d'Temperatur eropgeet, geet de Sauerstoffgehalt erof.De gesättigte Sauerstoffgehalt vu klore Waasser ass méi héich wéi dee vum Salzhaltege Mierwaasser (Figure1), sou datt de gesättigte Sauerstoffgehalt vun Nährstoffléisungen mat verschiddene Konzentratioune anescht wäert sinn.

Transport vu Sauerstoff an der Matrix

De Sauerstoff, deen d'Treibhauskulturwurzelen aus Nährstoffléisung kréien, muss an engem fräie Staat sinn, a 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 opgeléist am Waasser de Maximum, an d'Verännerung vum Sauerstoffgehalt an der Loft féiert zu der proportionaler Ännerung vum Sauerstoffgehalt am Waasser.

Effekter vum Hypoxiestress am Rootëmfeld op Kulturen

Ursaachen vun Root Hypoxie

Et gi verschidde Grënn firwat de Risiko vun Hypoxie an der Hydroponik a Substratkultivatiounssystemer am Summer méi héich ass.Als éischt wäert de gesättigte Sauerstoffgehalt am Waasser erofgoen wéi d'Temperatur eropgeet.Zweetens, de Sauerstoff, deen néideg ass fir de Wuerzelwachstum z'erhalen, erhéicht mat der Erhéijung vun der Temperatur.Ausserdeem ass d'Quantitéit vun der Nährstoffabsorptioun méi héich am Summer, sou datt d'Nofro u Sauerstoff fir d'Nährstoffabsorption méi héich ass.Et féiert zu enger Ofsenkung vum Sauerstoffgehalt am Root-Ëmfeld an dem Mangel un effektiven Ergänzung, wat zu Hypoxie am Root-Ëmfeld féiert.

Absorptioun a Wuesstem

D'Absorptioun vun de wesentlechen Nährstoffer hänkt vun de Prozesser of, déi enk mam Rootmetabolismus verbonne sinn, déi d'Energie erfuerderen, déi duerch d'Wurzelzell Atmung generéiert gëtt, dat heescht d'Zersetzung vu fotosyntheteschen Produkter an der Präsenz vu Sauerstoff.Studien hu gewisen datt 10% ~ 20% vun den Total Assimilaten vun Tomateplanzen a Wuerzelen benotzt ginn, 50% vun deenen gi fir d'Nährstoffionabsorptioun benotzt, 40% fir de Wuesstum an nëmmen 10% fir den Ënnerhalt.Wuerzelen mussen Sauerstoff an der direkter Ëmfeld fannen, wou se CO2 fräiginn₂.Ënner anaerobe Bedéngungen, déi duerch schlecht Belëftung an Substraten an Hydroponie verursaacht ginn, beaflosst d'Hypoxie d'Absorptioun vu Waasser an Nährstoffer.Hypoxie huet eng séier Äntwert op déi aktiv Absorptioun vun Nährstoffer, nämlech Nitrat (NO)₃^-), Kalium (K) a Phosphat (PO₄^3-), wat mat der passiver Absorptioun vu Kalzium (Ca) a Magnesium (Mg) stéiert.

Planzenwurzelwachstum brauch Energie, normal Rootaktivitéit brauch déi niddregst Sauerstoffkonzentratioun, an d'Sauerstoffkonzentratioun ënner COP Wäert gëtt e Faktor deen de Rootzellmetabolismus (Hypoxie) limitéiert.Wann de Sauerstoffgehalt niddereg ass, verlangsamt de Wuesstum oder souguer stoppt.Wann deelweis Wurzelhypoxie nëmme Branchen a Blieder beaflosst, kann de Rootsystem den Deel vum Rootsystem kompenséieren, deen aus iergendengem Grond net méi aktiv ass, andeems d'lokal Absorptioun erhéicht gëtt.

Planzemetabolesche Mechanismus hänkt vum Sauerstoff als Elektronenakzeptor of.Ouni Sauerstoff wäert d'ATP Produktioun ophalen.Ouni ATP stoppt den Ausfluss vu Protonen aus de Wuerzelen, den Zellsaft vun de Rootzellen gëtt sauer, an dës Zellen stierwen bannent e puer Stonnen.Temporär a kuerzfristeg Hypoxie verursaache keng irreversibel Ernärungsstress bei Planzen.Wéinst dem Mechanismus vun der "Nitratatmung" kann et eng kuerzfristeg Adaptatioun sinn fir Hypoxie als alternativ Manéier während der Roothypoxie ze bewältegen.Wéi och ëmmer, laangfristeg Hypoxie féiert zu engem luesen Wuesstum, verréngert Blatfläch a verréngert frësch an dréchent Gewiicht, wat zu engem wesentleche Réckgang vun der Ernteproduktioun féiert.

Ethylen

Planzen bilden Ethylen in situ ënner vill Stress.Normalerweis gëtt Ethylen aus de Wuerzelen ofgeschaaft andeems se an d'Buedemloft diffuséiert.Wann d'Waasserlogging geschitt, wäert d'Bildung vun Ethylen net nëmmen eropgoen, awer och d'Diffusioun wäert staark reduzéiert ginn, well d'Wurzelen duerch Waasser ëmginn sinn.D'Erhéijung vun der Ethylenkonzentratioun féiert zu der Bildung vu Beliichtungsgewebe an de Wuerzelen (Figur 2).Ethylen kann och Blat-Seneszenz verursaachen, an d'Interaktioun tëscht Ethylen an Auxin wäert d'Bildung vun adventiéis Wuerzelen erhéijen.

Sauerstoffstress féiert zu verréngert Blatwachstum

ABA gëtt a Wuerzelen a Blieder produzéiert fir mat verschiddenen Ëmweltbelaaschtungen ze këmmeren.An der Wuerzelëmfeld ass déi typesch Äntwert op Stress stomatal Zoumaache, wat d'Bildung vun ABA involvéiert.Ier d'Stomata zougemaach ginn, verléiert d'Spëtzt vun der Planz den Schwellendrock, déi iewescht Blieder verschwonnen, an d'photosynthetesch Effizienz kann och erofgoen.Vill Studien hu gewisen datt d'Stomata op d'Erhéijung vun der ABA Konzentratioun am Apoplast reagéieren andeems se zoumaachen, dat ass den Total ABA Inhalt an Net-Blieder andeems intrazellulär ABA fräigelooss gëtt, Planzen kënnen d'Konzentratioun vun Apoplast ABA ganz séier erhéijen.Wann Planzen ënner Emweltstress sinn, fänken se ABA an Zellen ze verëffentlechen, an de Root-Verëffentlechungssignal kann a Minutten anstatt Stonnen iwwerdroen ginn.D'Erhéijung vun ABA am Blatgewebe kann d'Verlängerung vun der Zellmauer reduzéieren an zu der Ofsenkung vun der Blatverlängerung féieren.En aneren Effekt vun der Hypoxie ass datt d'Liewensdauer vu Blieder verkierzt gëtt, wat all Blieder beaflosst.Hypoxie féiert normalerweis zu der Ofsenkung vum Zytokinin an Nitrattransport.Mangel u Stickstoff oder Zytokinin verkierzt d'Ënnerhaltzäit vum Blatgebitt an stoppt de Wuesstum vu Branchen a Blieder bannent e puer Deeg.

Optimiséierung vum Sauerstoffëmfeld vum Erntewurzelsystem

D'Charakteristiken vum Substrat sinn entscheedend fir d'Verdeelung vu Waasser a Sauerstoff.D'Sauerstoffkonzentratioun am Wuerzelëmfeld vun Treibhausegeméis ass haaptsächlech mat der Waasserhaltungskapazitéit vum Substrat, Bewässerung (Gréisst a Frequenz), Substratstruktur a Substratstreiftemperatur verbonnen.Nëmme wann de Sauerstoffgehalt am Root-Ëmfeld op d'mannst iwwer 10% (4 ~ 5mg / L) ass, kann d'Wurzelaktivitéit am beschten Zoustand erhale bleiwen.

De Rootsystem vun de Kulturen ass ganz wichteg fir de Planzewachstum an d'Resistenz vu Planzenkrankheeten.Waasser an Nährstoffer ginn absorbéiert no de Bedierfnesser vun de Planzen.Wéi och ëmmer, de Sauerstoffniveau am Root-Ëmfeld bestëmmt haaptsächlech d'Absorptiounseffizienz vun Nährstoffer a Waasser an d'Qualitéit vum Rootsystem.Genuch Sauerstoffniveau am Rootsystem Ëmfeld kann d'Gesondheet vum Rootsystem garantéieren, sou datt Planzen besser Resistenz géint pathogene Mikroorganismen hunn (Figure 3).Adäquate Sauerstoffniveau am Substrat miniméiert och de Risiko vun anaerobe Konditiounen, sou datt de Risiko vu pathogene Mikroorganismen miniméiert.

Sauerstoffverbrauch am Root-Ëmfeld

De maximalen Sauerstoffverbrauch vu Kulturen kann esou héich wéi 40mg/m2/h sinn (Verbrauch hänkt vu Kulturen of).Ofhängeg vun der Temperatur kann d'Bewässerungswasser bis zu 7 ~ 8mg / L Sauerstoff enthalen (Figure 4).Fir 40 mg z'erreechen, muss 5L Waasser all Stonn ginn fir d'Sauerstofffuerderung z'erreechen, awer tatsächlech kann d'Bewässerungsbetrag an engem Dag net erreecht ginn.Dëst bedeit datt de Sauerstoff duerch d'Bewässerung nëmmen eng kleng Roll spillt.Déi meescht vun der Sauerstoffversuergung erreecht d'Wurzelzone duerch Poren an der Matrix, an de Bäitrag vun der Sauerstoffversuergung duerch Poren ass sou héich wéi 90%, ofhängeg vun der Zäit vum Dag.Wann d'Verdampfung vu Planzen de Maximum erreecht, erreecht d'Bewässerungsbetrag och de Maximum, wat entsprécht 1 ~ 1,5L / m2 / h.Wann d'Bewässerungswasser 7mg / L Sauerstoff enthält, gëtt et 7 ~ 11mg / m2 / h Sauerstoff fir d'Wurzelzone.Dëst entsprécht 17% ~ 25% vun der Nofro.Natierlech gëllt dat nëmme fir d'Situatioun datt d'sauerstoffarm Bewässerungswaasser am Substrat duerch frësch Bewässerungswaasser ersat gëtt.

Nieft dem Konsum vu Wuerzelen verbrauchen och Mikroorganismen am Root-Ëmfeld Sauerstoff.Et ass schwéier dëst ze quantifizéieren well keng Messung an dësem Respekt gemaach gouf.Well all Joer nei Substrater ersat ginn, kann et ugeholl ginn datt Mikroorganismen eng relativ kleng Roll am Sauerstoffverbrauch spillen.

Optiméiert d'Ëmwelttemperatur vun de Wuerzelen

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

Ze niddreg Substrattemperatur (Wuerzeltemperatur) kann zu Schwieregkeete bei der Waasserabsorption féieren.Bei 5 ℃ ass d'Absorptioun 70% ~ 80% manner wéi bei 20 ℃.Wann d'niddereg Substrattemperatur mat héijer Temperatur begleet gëtt, féiert et zu Planzwëllen.Ion Absorptioun hänkt selbstverständlech vun der Temperatur of, wat d'Ionabsorptioun bei niddregen Temperaturen hemmt, an d'Sensibilitéit vu verschiddenen Nährstoffelementer fir d'Temperatur ass anescht.

Ze héich Substrattemperatur ass och nëtzlos, a kann zu engem ze grousse Rootsystem féieren.An anere Wierder, et gëtt eng onbalancéiert Verdeelung vun der Trockenstoff a Planzen.Well de Rootsystem ze grouss ass, entstinn onnéideg Verloschter duerch Atmung, an dësen Deel vun der verluerener Energie kéint fir d'Erntedeel vun der Planz benotzt ginn.Bei méi héijer Substrattemperatur ass den opgeléiste Sauerstoffgehalt méi niddereg, wat e vill méi groussen Impakt op de Sauerstoffgehalt an der Wuerzelëmfeld huet wéi de Sauerstoff, dee vu Mikroorganismen verbraucht gëtt.De Rootsystem verbraucht vill Sauerstoff, a féiert souguer zu Hypoxie am Fall vun enger schlechter Substrat oder Buedemstruktur, sou datt d'Absorptioun vu Waasser an Ionen reduzéiert gëtt.

Erhalen raisonnabel Waasser Holding Kapazitéit vun Matrixentgasung.

Et gëtt eng negativ Korrelatioun tëscht dem Waassergehalt an dem Prozentsaz vum Sauerstoffgehalt an der Matrix.Wann de Waassergehalt eropgeet, geet de Sauerstoffgehalt erof, a vice versa.Et gëtt e kritesche Beräich tëscht Waassergehalt a Sauerstoff an der Matrix, dat heescht 80% ~ 85% Waassergehalt (Figur 5).Laangfristeg Ënnerhalt vum Waassergehalt iwwer 85% am Substrat wäert d'Sauerstoffversuergung beaflossen.De gréissten Deel vun der Sauerstoffversuergung (75% ~ 90%) ass duerch d'Poren an der Matrix.

Ergänzung vun der Bewässerung zum Sauerstoffgehalt am Substrat

Méi Sonneliicht wäert zu méi héije Sauerstoffverbrauch a manner Sauerstoffkonzentratioun an de Wuerzelen féieren (Figure 6), a méi Zocker wäert de Sauerstoffverbrauch an der Nuecht méi héich maachen.Transpiratioun ass staark, Waasserabsorptioun ass grouss, an et gëtt méi Loft a méi Sauerstoff am Substrat.Et kann aus der lénkser Säit vun der Figur 7 gesi ginn datt de Sauerstoffgehalt am Substrat liicht eropgeet no der Bewässerung ënner der Bedingung datt d'Waasserhaltungskapazitéit vum Substrat héich ass an de Loftgehalt ganz niddereg ass.Wéi op der rietser Fig.7, ënner der Bedingung vun enger relativ besserer Beliichtung, erhéicht de Loftgehalt am Substrat wéinst méi Waasserabsorptioun (selwescht Bewässerungszäiten).De relativen Afloss vun der Bewässerung op de Sauerstoffgehalt am Substrat ass vill manner wéi d'Waasserhaltungskapazitéit (Loftgehalt) am Substrat.

Diskutéieren

An der aktueller Produktioun gëtt den Inhalt vu Sauerstoff (Loft) an der Erntewurzelëmfeld liicht iwwersinn, awer et ass e wichtege Faktor fir den normale Wuesstum vun de Kulturen an déi gesond Entwécklung vu Wuerzelen ze garantéieren.

Fir de maximalen Ausbezuele während der Ernteproduktioun ze kréien, ass et ganz wichteg d'Wurzelsystemëmfeld am beschten Zoustand sou vill wéi méiglech ze schützen.Studien hu gewisen datt den O₂Inhalt am Rootsystem Ëmfeld ënner 4mg / L wäert en negativen Impakt op d'Erntewachstum hunn.Den O₂Inhalt am Wuerzelëmfeld gëtt haaptsächlech beaflosst vun der Bewässerung (Bewässerungsbetrag a Frequenz), Substratstruktur, Substratwassergehalt, Treibhause- a Substrattemperatur, a verschidde Planzungsmuster wäerten ënnerschiddlech sinn.Algen a Mikroorganismen hunn och eng gewësse Relatioun mam Sauerstoffgehalt am Wuerzelëmfeld vun hydroponesche Kulturen.Hypoxie verursaacht net nëmmen déi lues Entwécklung vu Planzen, mee erhéicht och den Drock vu Root-Pathogenen (Pythium, Phytophthora, Fusarium) op Rootwachstum.

Bewässerungsstrategie huet e wesentlechen Afloss op den O₂Inhalt am Substrat, an et ass och e méi kontrolléierbare Wee am Planzungsprozess.E puer Rosenplanzenstudien hu festgestallt datt d'Waassergehalt am Substrat lues eropgeet (am Mueren) e bessere Sauerstoffzoustand kréien.Am Substrat mat gerénger Waasserhaltungskapazitéit kann de Substrat en héije Sauerstoffgehalt behalen, a gläichzäiteg ass et néideg fir den Ënnerscheed vum Waassergehalt tëscht Substrate duerch méi héich Bewässerungsfrequenz a méi kuerz Intervall ze vermeiden.Wat méi niddereg d'Waasserhaltungskapazitéit vu Substraten ass, dest méi grouss ass den Ënnerscheed tëscht de Substrate.Feuchte Substrat, manner Bewässerungsfrequenz a méi laang Intervall suerge fir méi Loftersatz a favorabel Sauerstoffbedéngungen.

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 Waasserhaltungskapazitéit vum Substrat.D'Bewässerungsflëssegkeet sollt net ze laang um Buedem vum Substrat bleiwen, awer sollt séier entlooss ginn, sou datt frësch Sauerstoffberäichert Bewässerungswaasser erëm um Buedem vum Substrat kënnt.D'Drainagegeschwindegkeet kann duerch e puer relativ einfache Moossname beaflosst ginn, wéi zum Beispill de Gradient vum Substrat an de Längs- a Breetrichtungen.Wat méi de Gradient ass, dest méi séier d'Drainagegeschwindegkeet.Verschidde Substrater hunn verschidden Ouverturen an d'Zuel vun den Outlets ass och anescht.

END

[Zitat Informatioun]

Xie Yuanpei.Effekter vum Ëmweltsauerstoffgehalt an Treibhausekulturwurzelen op Erntewachstum [J].Landwirtschaftlech Engineering Technology, 2022,42 (31): 21-24.