Agrikultura inĝenierartoteknologio de forceja ĝardenado Eldonita en Pekino je la 17:30 la 13-an de januaro 2023.

La sorbado de la plej multaj nutraj elementoj estas procezo proksime rilatita al la metabolaj agadoj de plantradikoj.Ĉi tiuj procezoj postulas energion generitan per radikĉela spirado, kaj akvosorbado ankaŭ estas reguligita per temperaturo kaj spirado, kaj spirado postulas la partoprenon de oksigeno, do oksigeno en la radika medio havas esencan efikon al la normala kresko de kultivaĵoj.La solvita oksigena enhavo en akvo estas tuŝita de temperaturo kaj saleco, kaj la strukturo de substrato determinas la aerenhavon en radika medio.Irigacio havas grandajn diferencojn en la renovigo kaj suplemento de oksigenenhavo en substratoj kun malsamaj akvoenhavaj statoj.Estas multaj faktoroj por optimumigi la oksigenan enhavon en radika medio, sed la influgrado de ĉiu faktoro estas sufiĉe malsama.Konservi akcepteblan substratan akvokapaciton (aerenhavo) estas la kondiĉo de konservado de alta oksigenenhavo en radika medio.

Efikoj de temperaturo kaj saleco sur saturita oksigenenhavo en solvaĵo

Dissolvita enhavo de oksigeno en akvo

Solvita oksigeno estas solvita 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 temperaturo, kaj kiam la temperaturo pliiĝas, la oksigenenhavo malpliiĝas.La saturita oksigenenhavo de klara akvo estas pli alta ol tiu de salo-enhava marakvo (Figuro 1), do la saturita oksigenenhavo de nutraj solvoj kun malsamaj koncentriĝoj estos malsama.

Transporto de oksigeno en matrico

La oksigeno kiun la forcejaj kultivaĵradikoj povas ricevi de nutra solvaĵo devas esti en libera stato, kaj oksigeno estas transportita 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 oksigenenhavo en aero kondukos al la proporcia ŝanĝo de oksigenenhavo en akvo.

Efikoj de hipoksiostreso en radikmedio sur kultivaĵoj

Kaŭzoj de radika hipoksio

Estas pluraj kialoj kial la risko de hipoksio en hidroponiko kaj substrataj kultivsistemoj estas pli alta somere.Antaŭ ĉio, la saturita oksigenenhavo en akvo malpliiĝos kiam la temperaturo altiĝas.Due, la oksigeno necesa por konservi radikkreskon pliiĝas kun la pliiĝo de temperaturo.Krome, la kvanto de nutra sorbado estas pli alta somere, do la postulo de oksigeno por nutra sorbado estas pli alta.Ĝi kondukas al malpliigo de oksigena enhavo en radika medio kaj la manko de efika suplemento, kio kondukas al hipoksio en radika medio.

Sorbo kaj kresko

La sorbado de plej esencaj nutraĵoj dependas de la procezoj proksime rilataj al radika metabolo, kiuj postulas la energion generitan per radikĉela spirado, tio estas, la putriĝo de fotosintezaj produktoj en 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 nutraj jonoj, 40% por kresko kaj nur 10% por prizorgado.Radikoj devas trovi oksigenon en la rekta medio kie ili liberigas CO₂.Sub anaerobaj 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).

Planta radika kresko bezonas energion, normala radika aktiveco bezonas la plej malaltan oksigenan koncentriĝon, kaj la oksigena koncentriĝo sub COP-valoro fariĝas faktoro limiganta radikĉelan metabolon (hipoksio).Kiam la nivelo de oksigena enhavo estas malalta, la kresko malrapidiĝas aŭ eĉ ĉesas.Se parta radikhipoksio nur influas branĉojn kaj foliojn, la radika sistemo povas kompensi por la parto de la radika sistemo, kiu ial ne plu aktivas, pliigante la lokan sorbadon.

Planta metabola mekanismo dependas de oksigeno kiel elektronakceptanto.Sen oksigeno, ATP-produktado ĉesos.Sen ATP, la elfluo de protonoj de la radikoj ĉesos, la ĉela suko de radikaj ĉeloj fariĝos acida, kaj ĉi tiuj ĉeloj mortos ene de kelkaj horoj.Provizora kaj mallongdaŭra hipoksio ne kaŭzos neinversigeblan nutran streson en plantoj.Pro la "nitratspirado" mekanismo, ĝi povas esti mallongperspektiva adaptado trakti hipoksion kiel alternativa maniero dum radika hipoksio.Tamen, longdaŭra hipoksio kondukos al malrapida kresko, malpliigo de foliareo kaj malpliiĝo de freŝa kaj seka pezo, kio kondukos al signifa malkresko de kultivaĵo.

Etileno

Plantoj formos etilenon surloke sub multe da streso.Kutime, etileno estas forigita de la radikoj per disvastigo en la grundon.Kiam okazas akvumado, la formado de etileno ne nur pliiĝos, sed ankaŭ la disvastigo multe malpliiĝos ĉar la radikoj estas ĉirkaŭitaj de akvo.La pliiĝo de etilena koncentriĝo kondukos al la formado de aeriga histo en radikoj (Figuro 2).Etileno ankaŭ povas kaŭzi folian maljuniĝon, kaj la interago inter etileno kaj aŭksino pliigos la formadon de adventaj radikoj.

Oksigena streso kondukas al malpliigita folikresko

ABA estas produktita en radikoj kaj folioj por trakti diversajn mediajn stresojn.En la radikmedio, la tipa respondo al streso estas stomata fermo, kiu implikas la formadon de ABAO.Antaŭ ol la stomoj estas fermitaj, la supro de la planto perdas ŝvelan premon, 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 fermo, tio estas, la totala ABA-enhavo en ne-folioj liberigante intraĉelan ABA, plantoj povas pliigi la koncentriĝon de apoplasto ABA tre rapide.Kiam plantoj estas sub media streso, ili komencas liberigi ABA en ĉeloj, kaj la radikliberiga signalo povas esti transdonita en minutoj anstataŭ horoj.La pliiĝo de ABA en folihisto povas redukti la plilongigon de ĉela muro kaj konduki al la malkresko de foliplilongiĝo.Alia efiko de hipoksio estas, ke la vivotempo de folioj estas mallongigita, kio influos ĉiujn foliojn.Hipoksio kutime kondukas al malpliigo de citokinino kaj nitrato-transporto.Manko de nitrogeno aŭ citokinino mallongigos la konservadon de la foliareo kaj ĉesos la kreskon de branĉoj kaj folioj ene de kelkaj tagoj.

Optimumigo de oksigena medio de kultivaĵradika sistemo

La karakterizaĵoj de substrato estas decidaj por la distribuado de akvo kaj oksigeno.La oksigena koncentriĝo en la radika medio de forcejaj legomoj rilatas ĉefe al la akvotenadkapacito de substrato, irigacio (grandeco kaj ofteco), substrata strukturo kaj substrata striotemperaturo.Nur kiam la oksigena enhavo en la radika medio estas almenaŭ super 10% (4~5mg/L) la radika agado povas esti konservita en la plej bona stato.

La radika sistemo de kultivaĵoj estas tre grava por plantokresko kaj plant-malsano-rezisto.Akvo kaj nutraĵoj estos sorbitaj laŭ la bezonoj de plantoj.Tamen, la oksigena nivelo en la radika medio plejparte determinas la absorban efikecon de nutraĵoj kaj akvo kaj la kvaliton de la radika sistemo.Sufiĉa oksigena nivelo en la radika sistemo povas certigi la sanon de la radika sistemo, 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.

Oksigeno-konsumo en radika medio

La maksimuma oksigenkonsumo de kultivaĵoj povas esti same alta kiel 40mg/m2/h (konsumo dependas de kultivaĵoj).Depende de la temperaturo, la akvuma akvo povas enhavi ĝis 7~8mg/L da oksigeno (Figuro 4).Por atingi 40 mg, 5L da akvo devas esti donitaj ĉiuhore por plenumi la oksigenan postulon, sed fakte, la akvuma kvanto en unu tago eble ne estas atingita.Ĉi tio signifas, ke la oksigeno provizita per irigacio ludas nur malgrandan rolon.La plej granda parto de la oksigenprovizo atingas la radikan zonon tra poroj en la matrico, kaj la kontribuo de oksigenprovizo tra poroj estas same alta kiel 90%, depende de la tempo de la tago.Kiam la vaporiĝo de plantoj atingas la maksimumon, la akvuma kvanto ankaŭ atingas la maksimumon, kio egalas al 1~1.5L/m2/h.Se la akvuma akvo enhavas 7mg/L oksigenon, ĝi provizos 7~11mg/m2/h oksigenon por la radika zono.Ĉi tio estas ekvivalenta al 17% ~ 25% de la postulo.Kompreneble, ĉi tio validas nur por la situacio, ke la oksigen-malriĉa akvuma akvo en la substrato estas anstataŭigita per freŝa akvuma akvo.

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

Optimumigu la median temperaturon de radikoj

La media temperaturo de radika sistemo estas tre grava por la normala kresko kaj funkcio de radika sistemo, kaj ĝi ankaŭ estas grava faktoro influanta la sorbadon de akvo kaj nutraĵoj per radika sistemo.

Tro malalta substrata temperaturo (radika temperaturo) povas konduki al malfacilaĵo en akvosorbado.Je 5℃, la sorbado estas 70% ~ 80% pli malalta ol ĉe 20℃.Se malalta substrata temperaturo estas akompanata de alta temperaturo, ĝi kondukos al velkado de planto.Jonsorbado evidente dependas de temperaturo, kiu malhelpas ionsorbadon ĉe 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 radika sistemo.Alivorte, estas malekvilibra distribuo de seka materio en plantoj.Ĉar la radika sistemo 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 solvita oksigena enhavo estas pli malalta, kio havas multe pli grandan efikon al la oksigena enhavo en la radika medio ol la oksigeno konsumita de mikroorganismoj.La radika sistemo konsumas multe da oksigeno, kaj eĉ kondukas al hipoksio en la kazo de malbona substrato aŭ grunda strukturo, tiel reduktante la sorbadon de akvo kaj jonoj.

Konservu akcepteblan akvokapaciton de matrico.

Ekzistas negativa korelacio inter la akvoenhavo kaj la procentenhavo de oksigeno en la matrico.Kiam la akvoenhavo pliiĝas, la oksigenenhavo malpliiĝas, kaj inverse.Estas kritika gamo inter akvoenhavo kaj oksigeno en la matrico, tio estas, 80% ~ 85% akvoenhavo (Figuro 5).Longdaŭra konservado de akvoenhavo super 85% en la substrato influos la oksigenan provizon.Plejparto de la oksigena provizo (75% ~ 90%) estas tra la poroj en la matrico.

Suplemento de irigacio al oksigena enhavo en substrato

Pli da sunlumo kondukos al pli alta oksigena konsumo kaj pli malalta oksigena koncentriĝo en radikoj (Figuro 6), kaj pli da sukero plialtigos la oksigenan konsumon nokte.Transspirado estas forta, akvosorbado estas granda, kaj estas pli da aero kaj pli da oksigeno en la substrato.Oni povas vidi de maldekstre de Figuro 7, ke la oksigena enhavo en la substrato iomete pliiĝos post akvumado sub la kondiĉo, ke la akvotenadkapacito de la substrato estas alta kaj la aerenhavo estas tre malalta.Kiel montrite dekstre de fig.7, sub la kondiĉo de relative pli bona lumigado, la aero enhavo en la substrato pliiĝas pro pli da akvosorbado (samaj irigaciaj tempoj).La relativa influo de irigacio sur la oksigenenhavo en la substrato estas multe malpli ol la akvotenadkapacito (aerenhavo) en la substrato.

Diskuti

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

Por akiri la maksimuman rendimenton dum kultivaĵo, estas tre grave protekti la radikan sistemon en la plej bona kondiĉo kiel eble plej multe.Studoj montris ke la O₂enhavo en la radika sistema medio sub 4mg/L havos negativan efikon al kultivaĵo.La O₂enhavo en la radika medio estas ĉefe influita de irigacio (akvuma kvanto kaj ofteco), substrata strukturo, substrata akvoenhavo, forcejo kaj substrata temperaturo, kaj malsamaj plantaj ŝablonoj estos malsamaj.Algoj kaj mikroorganismoj ankaŭ havas certan rilaton kun la oksigenenhavo en la radika medio de hidroponaj kultivaĵoj.Hipoksio ne nur kaŭzas 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 ankaŭ estas pli kontrolebla maniero en la plantado.Iuj studoj pri plantado de rozoj trovis, ke malrapide pliigi la akvoenhavon en la substrato (matene) povas akiri pli bonan oksigenan staton.En la substrato kun malalta akvokapacito, la substrato povas konservi altan oksigenan enhavon, kaj samtempe, necesas eviti la diferencon de akvoenhavo inter substratoj per pli alta akvuma ofteco kaj pli mallonga intervalo.Ju pli malalta la akvotenadkapacito de substratoj, des pli granda estas la diferenco inter substratoj.Humida substrato, pli malalta akvuma frekvenco kaj pli longa intervalo certigas pli da aeranstataŭigo kaj favorajn oksigenajn kondiĉojn.

La drenado de la substrato estas alia faktoro kiu havas grandan influon sur la renovigofteco kaj la oksigenkoncentriĝogradiento en la substrato, depende de la tipo kaj akvotenadkapacito de la substrato.Irigacia likvaĵo ne devas resti tro longe ĉe la fundo de la substrato, sed devas esti elŝutita rapide por ke freŝa oksigen-riĉiga akvuma akvo denove povas atingi la fundon de la substrato.La drenadrapideco povas esti influita per iuj 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 da ellasejoj ankaŭ estas malsama.

FINO

[citaĵinformoj]

Xie Yuanpei.Efikoj de media oksigenenhavo en forcejaj kultivaĵradikoj sur kultivaĵokresko [J].Agricultural Engineering Technology, 2022,42(31):21-24.