Agrikultura inĝenieristika teknologio de forceja ĝardenadoPublikigita en Pekino je 17:30 la 13-an de januaro 2023.

La sorbado de plej multaj nutraj elementoj estas procezo proksime rilata al la metabolaj agadoj de plantradikoj. Ĉi tiuj procezoj postulas energion generitan per radikĉela spirado, kaj akvosorbado estas ankaŭ reguligita per temperaturo kaj spirado, kaj spirado postulas la partoprenon de oksigeno, do oksigeno en la radika medio havas gravan efikon sur la normala kresko de kultivaĵoj. La enhavo de dissolvita oksigeno en akvo estas influita de temperaturo kaj saleco, kaj la strukturo de la substrato determinas la aerenhavon en la radika medio. Irigacio havas grandajn diferencojn en la renovigo kaj suplemento de oksigenenhavo en substratoj kun malsamaj akvoenhavaj statoj. Ekzistas multaj faktoroj por optimumigi la oksigenenhavon en la radika medio, sed la influgrado de ĉiu faktoro estas tre malsama. Konservi akcepteblan akvotenan kapaciton (aerenhavon) de la substrato estas la premiso por konservi altan oksigenenhavon en la radika medio.

Efikoj de temperaturo kaj saleco sur saturita oksigenenhavo en solvaĵo

Dissolvita oksigenenhavo en akvo

Dissolvita oksigeno estas dissolvita en neligita aŭ libera oksigeno en akvo, kaj la enhavo de dissolvita oksigeno en akvo atingos la maksimumon je certa temperaturo, kiu estas la saturita oksigenenhavo. La saturita oksigenenhavo en akvo ŝanĝiĝas kun la temperaturo, kaj kiam la temperaturo pliiĝas, la oksigenenhavo malpliiĝas. La saturita oksigenenhavo de klara akvo estas pli alta ol tiu de salenhava marakvo (Figuro 1), do la saturita oksigenenhavo de nutraj solvaĵoj kun malsamaj koncentriĝoj estos malsama.

Transporto de oksigeno en matrico

La oksigeno, kiun la radikoj de forcejaj kultivaĵoj povas ricevi el la nutra solvaĵo, devas esti en libera stato, kaj oksigeno estas transportata en la substrato tra aero kaj akvo, kaj akvo ĉirkaŭ la radikoj. Kiam ĝi estas en ekvilibro kun la oksigenenhavo en aero je difinita temperaturo, la oksigeno solvita en akvo atingas la maksimumon, kaj la ŝanĝo de la oksigenenhavo en aero kondukos al proporcia ŝanĝo de la oksigenenhavo en akvo.

Efikoj de hipoksia streso en radika medio sur kultivaĵoj

Kaŭzoj de radika hipoksio

Ekzistas pluraj kialoj, kial la risko de hipoksio en hidroponiko kaj substrataj kultivsistemoj estas pli alta somere. Unue, la saturita oksigenenhavo en akvo malpliiĝas kiam la temperaturo altiĝas. Due, la oksigeno bezonata por subteni radikan kreskon pliiĝas kun la pliiĝo de temperaturo. Krome, la kvanto de nutraĵa sorbado estas pli alta somere, do la bezono de oksigeno por nutraĵa sorbado estas pli alta. Tio kondukas al malpliiĝo de oksigenenhavo en la radika medio kaj al manko de efika suplemento, kio kondukas al hipoksio en la radika medio.

Absorbado kaj kresko

La sorbado de plej multaj esencaj nutraĵoj dependas de la procezoj proksime rilataj al radika metabolo, kiuj postulas la energion generitan per radika ĉelspirado, tio estas, la malkomponiĝo de fotosintezaj produktoj en la ĉeesto de oksigeno. Studoj montris, ke 10%~20% de la totalaj asimilaĵoj de tomatoplantoj estas uzataj en radikoj, 50% el kiuj estas uzataj por sorbado de nutraĵjonoj, 40% por kresko kaj nur 10% por bontenado. Radikoj devas trovi oksigenon en la rekta medio, kie ili liberigas CO₂.₂Sub malaerobaj kondiĉoj kaŭzitaj de malbona ventolado en substratoj kaj hidroponiko, hipoksio influos la sorbadon de akvo kaj nutraĵoj. Hipoksio havas rapidan respondon al la aktiva sorbado de nutraĵoj, nome nitrato (NO₃^-), kalio (K) kaj fosfato (PO₄^3-), kiu malhelpos la pasivan sorbadon de kalcio (Ca) kaj magnezio (Mg).

Kresko de plantradikoj bezonas energion, normala radika aktiveco bezonas la plej malaltan oksigenkoncentriĝon, kaj la oksigenkoncentriĝo sub la COP-valoro fariĝas faktoro limiganta la metabolon de radikaj ĉeloj (hipoksio). Kiam la oksigenenhavo estas malalta, la kresko malrapidiĝas aŭ eĉ ĉesas. Se parta radika hipoksio nur influas branĉojn kaj foliojn, la radiksistemo povas kompensi por la parto de la radiksistemo, kiu pro iu kialo jam ne plu estas aktiva, per pliigo de la loka sorbado.

La metabola mekanismo de plantoj dependas de oksigeno kiel elektrona akceptanto. Sen oksigeno, ATP-produktado ĉesos. Sen ATP, la elfluo de protonoj el la radikoj ĉesos, la ĉelsuko de radikĉeloj fariĝos acida, kaj ĉi tiuj ĉeloj mortos post kelkaj horoj. Provizora kaj mallongdaŭra hipoksio ne kaŭzos nemaligeblan nutrostreson en plantoj. Pro la mekanismo de "nitrata spirado", ĝi povas esti mallongdaŭra adaptiĝo por trakti hipoksion kiel alternativa maniero dum radika hipoksio. Tamen, longdaŭra hipoksio kondukos al malrapida kresko, malpliiĝinta foliareo kaj malpliiĝinta freŝa kaj seka pezo, kio kondukos al signifa malpliiĝo de kultivaĵrendimento.

Etileno

Plantoj formas etilenon surloke sub multe da streso. Kutime, etileno estas forigita de la radikoj per difuzo en la grundan aeron. Kiam okazas akvoŝtopiĝo, la formado de etileno ne nur pliiĝas, sed ankaŭ la difuzo multe reduktiĝas, ĉar la radikoj estas ĉirkaŭitaj de akvo. La pliiĝo de etilena koncentriĝo kondukos al la formado de aeruma histo en la radikoj (Figuro 2). Etileno ankaŭ povas kaŭzi folian senescencon, kaj la interago inter etileno kaj aŭksino pliigos la formadon de flankaj radikoj.

Oksigena streso kondukas al malpliiĝinta folikresko

ABA estas produktata en radikoj kaj folioj por trakti diversajn mediajn stresojn. En la radika medio, la tipa respondo al streso estas stomata fermo, kiu implikas la formadon de ABA. Antaŭ ol la stomoj fermiĝas, la supro de la planto perdas ŝvelpremon, la supraj folioj velkas, kaj la fotosinteza efikeco ankaŭ povas malpliiĝi. Multaj studoj montris, ke la stomoj respondas al la pliiĝo de ABA-koncentriĝo en apoplasto per fermiĝo, tio estas, la totala ABA-enhavo en ne-folioj per liberigo de intraĉela ABA, plantoj povas tre rapide pliigi la koncentriĝon de apoplasta ABA. Kiam plantoj estas sub media streso, ili komencas liberigi ABA en ĉeloj, kaj la radika liberiga signalo povas esti transdonita en minutoj anstataŭ horoj. La pliiĝo de ABA en folia histo povas redukti la plilongigon de la ĉela muro kaj konduki al la malpliiĝo de la foliplilongigo. Alia efiko de hipoksio estas, ke la vivdaŭro de folioj mallongiĝas, kio influos ĉiujn foliojn. Hipoksio kutime kondukas al la malpliiĝo de citokinino kaj nitratotransporto. Manko de nitrogeno aŭ citokinino mallongigos la prizorgtempon de la folia areo kaj haltigos la kreskon de branĉoj kaj folioj post kelkaj tagoj.

Optimumigo de oksigena medio de la radiksistemo de kultivaĵoj

La karakterizaĵoj de la substrato estas decidaj por la distribuado de akvo kaj oksigeno. La oksigenkoncentriĝo en la radika medio de forcejaj legomoj estas ĉefe rilata al la akvotenkapacito de la substrato, irigacio (grandeco kaj ofteco), substratstrukturo kaj temperaturo de la substratstrio. Nur kiam la oksigenenhavo en la radika medio estas almenaŭ super 10% (4~5mg/L) la radika aktiveco povas esti konservita en la plej bona stato.

La radiksistemo de kultivaĵoj estas tre grava por plantkresko kaj rezisto al plantmalsanoj. Akvo kaj nutraĵoj estos sorbitaj laŭ la bezonoj de la plantoj. Tamen, la oksigennivelo en la radika medio grandparte determinas la sorb-efikecon de nutraĵoj kaj akvo kaj la kvaliton de la radiksistemo. Sufiĉa oksigennivelo en la radiksistemo povas certigi la sanon de la radiksistemo, tiel ke plantoj havas pli bonan reziston al patogenaj mikroorganismoj (Figuro 3). Adekvata oksigennivelo en la substrato ankaŭ minimumigas la riskon de malaerobaj kondiĉoj, tiel minimumigante la riskon de patogenaj mikroorganismoj.

Oksigenkonsumo en radika medio

La maksimuma oksigenkonsumo de kultivaĵoj povas atingi 40mg/m²/h (la konsumo dependas de la kultivaĵoj). Depende de la temperaturo, la irigacia akvo povas enhavi ĝis 7~8mg/L da oksigeno (Figuro 4). Por atingi 40 mg, oni devas doni 5L da akvo ĉiuhore por kontentigi la oksigenbezonon, sed fakte, la irigacia kvanto en unu tago eble ne estos atingita. Tio signifas, ke la oksigeno provizita per irigacio ludas nur malgrandan rolon. Plejparto de la oksigenprovizo atingas la radikan zonon tra poroj en la matrico, kaj la kontribuo de oksigenprovizo tra poroj estas ĝis 90%, depende de la horo de la tago. Kiam la vaporiĝo de plantoj atingas la maksimumon, la irigacia kvanto ankaŭ atingas la maksimumon, kio egalas al 1~1.5L/m²/h. Se la irigacia akvo enhavas 7mg/L da oksigeno, ĝi provizos 7~11mg/m²/h da oksigeno por la radika zono. Tio egalas al 17%~25% de la bezono. Kompreneble, tio validas nur por la situacio, ke la oksigen-malriĉa irigacia akvo en la substrato estas anstataŭigita per freŝa irigacia akvo.

Aldone al la konsumo de radikoj, mikroorganismoj en la radika medio ankaŭ konsumas oksigenon. Estas malfacile kvantigi tion, ĉar neniu mezurado estis farita pri tio. Ĉar novaj substratoj estas anstataŭigitaj ĉiujare, oni povas supozi, ke mikroorganismoj ludas relative malgrandan rolon en la oksigenkonsumo.

Optimumigu la median temperaturon de radikoj

La media temperaturo de la radiksistemo estas tre grava por la normala kresko kaj funkciado de la radiksistemo, kaj ĝi ankaŭ estas grava faktoro influanta la sorbadon de akvo kaj nutraĵoj fare de la radiksistemo.

Tro malalta substrata temperaturo (radika temperaturo) povas kaŭzi malfacilaĵon en akvoabsorbo. Je 5℃, la sorbado estas 70%~80% pli malalta ol je 20℃. Se malalta substrata temperaturo estas akompanata de alta temperaturo, ĝi kondukos al plantovelkado. Jona sorbado evidente dependas de temperaturo, kiu malhelpas jonan sorbadon je malalta temperaturo, kaj la sentemo de malsamaj nutraj elementoj al temperaturo estas malsama.

Tro alta substrata temperaturo ankaŭ estas senutila, kaj povas konduki al tro granda radiksistemo. Alivorte, ekzistas malbalancita distribuo de seka materio en plantoj. Ĉar la radiksistemo estas tro granda, nenecesaj perdoj okazos per spirado, kaj ĉi tiu parto de la perdita energio povus esti uzata por la rikolta parto de la planto. Ĉe pli alta substrata temperaturo, la dissolvita oksigenenhavo estas pli malalta, kio havas multe pli grandan efikon sur la oksigenenhavo en la radika medio ol la oksigeno konsumita de mikroorganismoj. La radiksistemo konsumas multe da oksigeno, kaj eĉ kondukas al hipoksio en kazo de malbona substrato aŭ grundostrukturo, tiel reduktante la sorbadon de akvo kaj jonoj.

Konservu akcepteblan akvotenan kapaciton de la matrico.

Ekzistas negativa korelacio inter la akvoenhavo kaj la procenta oksigenenhavo en la matrico. Kiam la akvoenhavo pliiĝas, la oksigenenhavo malpliiĝas, kaj inverse. Ekzistas kritika intervalo inter la akvoenhavo kaj oksigeno en la matrico, tio estas, 80%~85% akvoenhavo (Figuro 5). Longtempa konservado de akvoenhavo super 85% en la substrato influos la oksigenprovizon. Plejparto de la oksigenprovizo (75%~90%) okazas tra la poroj en la matrico.

Aldono de irigacio al oksigenenhavo en substrato

Pli da sunlumo kondukos al pli alta oksigenkonsumo kaj pli malalta oksigenkoncentriĝo en radikoj (Figuro 6), kaj pli da sukero pliigos la oksigenkonsumon nokte. La transpirado estas forta, la akvoabsorbo estas granda, kaj estas pli da aero kaj pli da oksigeno en la substrato. Oni povas vidi de la maldekstro de Figuro 7, ke la oksigenenhavo en la substrato iomete pliiĝos post irigacio sub la kondiĉo, ke la akvotenkapacito de la substrato estas alta kaj la aerenhavo estas tre malalta. Kiel montrite dekstre de fig. 7, sub la kondiĉo de relative pli bona lumigo, la aerenhavo en la substrato pliiĝas pro pli granda akvoabsorbo (samaj irigaciaj tempoj). La relativa influo de irigacio sur la oksigenenhavo en la substrato estas multe malpli ol la akvotenkapacito (aerenhavo) en la substrato.

Diskuti

En fakta produktado, la enhavo de oksigeno (aero) en la radika medio de kultivaĵoj estas facile preteratentata, sed ĝi estas grava faktoro por certigi la normalan kreskon de kultivaĵoj kaj la sanan disvolviĝon de radikoj.

Por atingi la maksimuman rikolton dum kultivado, estas tre grave protekti la radiksisteman medion en la plej bona stato kiel eble plej multe. Studoj montris, ke la O₂enhavo en la radika sistemo sub 4mg/L havos negativan efikon sur kultivaĵkreskon. La O₂La oksigenenhavo en la radika medio estas ĉefe influata de irigacio (kvanto kaj ofteco de irigacio), substrata strukturo, substrata akvoenhavo, forceja kaj substrata temperaturo, kaj malsamaj plantadpadronoj estos malsamaj. Algoj kaj mikroorganismoj ankaŭ havas certan rilaton kun la oksigenenhavo en la radika medio de hidroponaj kultivaĵoj. Hipoksio ne nur kaŭzas la malrapidan disvolviĝon de plantoj, sed ankaŭ pliigas la premon de radikaj patogenoj (pythium, phytophthora, fusarium) sur radika kresko.

Irigacia strategio havas signifan influon sur la O₂enhavo en la substrato, kaj ĝi estas ankaŭ pli kontrolebla maniero en la plantadprocezo. Kelkaj studoj pri rozplantado trovis, ke malrapida pliigo de la akvoenhavo en la substrato (matene) povas atingi pli bonan oksigenan staton. En substrato kun malalta akvotenkapacito, la substrato povas konservi altan oksigenenhavon, kaj samtempe necesas eviti la diferencon de akvoenhavo inter substratoj per pli alta irigacia frekvenco kaj pli mallongaj intervaloj. Ju pli malalta estas la akvotenkapacito de substratoj, des pli granda estas la diferenco inter substratoj. Humida substrato, pli malalta irigacia frekvenco kaj pli longa intervalo certigas pli da aeranstataŭigo kaj favorajn oksigenkondiĉojn.

La drenado de la substrato estas alia faktoro, kiu havas grandan influon sur la renovigan rapidecon kaj la oksigenan koncentriĝan gradienton en la substrato, depende de la tipo kaj akvotenadkapacito de la substrato. Irigacia likvaĵo ne devas resti ĉe la fundo de la substrato tro longe, sed devas esti eligita rapide por ke freŝa oksigenriĉigita irigacia akvo povu denove atingi la fundon de la substrato. La drenadrapidecon oni povas influi per kelkaj relative simplaj mezuroj, kiel ekzemple la gradiento de la substrato en la longitudaj kaj larĝaj direktoj. Ju pli granda la gradiento, des pli rapida la drenadrapideco. Malsamaj substratoj havas malsamajn malfermaĵojn kaj la nombro de elirejoj ankaŭ estas malsama.

FINO

[informoj pri citaĵoj]

Xie Yuanpei. Efikoj de la enhavo de media oksigeno en radikoj de forcejaj kultivaĵoj sur kultivaĵkresko [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022,42(31):21-24.