Teknologjia inxhinierike bujqësore e kopshtarisë së serrave Publikuar në Pekin në orën 17:30 më 13 janar 2023.
Thithja e shumicës së elementeve ushqyese është një proces i lidhur ngushtë me aktivitetet metabolike të rrënjëve të bimëve.Këto procese kërkojnë energji të gjeneruar nga frymëmarrja e qelizave rrënjë, dhe thithja e ujit rregullohet gjithashtu nga temperatura dhe frymëmarrja, dhe frymëmarrja kërkon pjesëmarrjen e oksigjenit, kështu që oksigjeni në mjedisin rrënjësor ka një ndikim jetik në rritjen normale të të korrave.Përmbajtja e oksigjenit të tretur në ujë ndikohet nga temperatura dhe kripësia, dhe struktura e substratit përcakton përmbajtjen e ajrit në mjedisin rrënjësor.Ujitja ka dallime të mëdha në rinovimin dhe plotësimin e përmbajtjes së oksigjenit në nënshtresa me gjendje të ndryshme të përmbajtjes së ujit.Ka shumë faktorë për të optimizuar përmbajtjen e oksigjenit në mjedisin rrënjë, por shkalla e ndikimit të secilit faktor është mjaft e ndryshme.Ruajtja e kapacitetit të arsyeshëm të mbajtjes së ujit të nënshtresës (përmbajtja e ajrit) është premisa e mbajtjes së përmbajtjes së lartë të oksigjenit në mjedisin rrënjë.
Efektet e temperaturës dhe kripës në përmbajtjen e oksigjenit të ngopur në tretësirë
Përmbajtja e oksigjenit të tretur në ujë
Oksigjeni i tretur tretet në oksigjen të palidhur ose të lirë në ujë, dhe përmbajtja e oksigjenit të tretur në ujë do të arrijë maksimumin në një temperaturë të caktuar, që është përmbajtja e oksigjenit të ngopur.Përmbajtja e oksigjenit të ngopur në ujë ndryshon me temperaturën, dhe kur temperatura rritet, përmbajtja e oksigjenit zvogëlohet.Përmbajtja e oksigjenit të ngopur në ujin e pastër është më e lartë se ajo e ujit të detit që përmban kripë (Figura 1), kështu që përmbajtja e oksigjenit të ngopur në tretësirat ushqyese me përqendrime të ndryshme do të jetë e ndryshme.
Transporti i oksigjenit në matricë
Oksigjeni që rrënjët e bimëve serrë mund të marrin nga tretësira ushqyese duhet të jetë në gjendje të lirë dhe oksigjeni transportohet në substrat përmes ajrit dhe ujit dhe ujit rreth rrënjëve.Kur është në ekuilibër me përmbajtjen e oksigjenit në ajër në një temperaturë të caktuar, oksigjeni i tretur në ujë arrin maksimumin dhe ndryshimi i përmbajtjes së oksigjenit në ajër do të çojë në ndryshimin proporcional të përmbajtjes së oksigjenit në ujë.
Efektet e stresit të hipoksisë në mjedisin rrënjësor në kulturat
Shkaqet e hipoksisë së rrënjës
Ka disa arsye pse rreziku i hipoksisë në sistemet hidroponike dhe të kultivimit të substratit është më i lartë në verë.Para së gjithash, përmbajtja e oksigjenit të ngopur në ujë do të ulet me rritjen e temperaturës.Së dyti, oksigjeni i nevojshëm për të ruajtur rritjen e rrënjëve rritet me rritjen e temperaturës.Për më tepër, sasia e përthithjes së lëndëve ushqyese është më e lartë në verë, kështu që kërkesa e oksigjenit për thithjen e lëndëve ushqyese është më e lartë.Ajo çon në uljen e përmbajtjes së oksigjenit në mjedisin rrënjësor dhe mungesën e suplementit efektiv, gjë që çon në hipoksi në mjedisin rrënjësor.
Thithja dhe rritja
Thithja e shumicës së lëndëve ushqyese thelbësore varet nga proceset e lidhura ngushtë me metabolizmin e rrënjëve, të cilat kërkojnë energjinë e gjeneruar nga frymëmarrja e qelizave rrënjësore, domethënë, dekompozimi i produkteve fotosintetike në prani të oksigjenit.Studimet kanë treguar se 10%~20% e asimilateve totale të bimëve të domates përdoren në rrënjë, 50% e të cilave përdoren për thithjen e joneve ushqyese, 40% për rritje dhe vetëm 10% për mirëmbajtje.Rrënjët duhet të gjejnë oksigjen në mjedisin e drejtpërdrejtë ku lëshojnë CO2.Në kushte anaerobe të shkaktuara nga ajrimi i dobët në substrate dhe hidroponikë, hipoksia do të ndikojë në përthithjen e ujit dhe lëndëve ushqyese.Hipoksia ka një përgjigje të shpejtë ndaj përthithjes aktive të lëndëve ushqyese, përkatësisht nitratit (NO3-), kalium (K) dhe fosfat (PO43-), i cili do të ndërhyjë në përthithjen pasive të kalciumit (Ca) dhe magnezit (Mg).
Rritja e rrënjëve të bimëve ka nevojë për energji, aktiviteti normal i rrënjëve ka nevojë për përqendrimin më të ulët të oksigjenit dhe përqendrimi i oksigjenit nën vlerën COP bëhet një faktor që kufizon metabolizmin e qelizave rrënjësore (hipoksi).Kur niveli i përmbajtjes së oksigjenit është i ulët, rritja ngadalësohet ose edhe ndalet.Nëse hipoksia e pjesshme e rrënjëve prek vetëm degët dhe gjethet, sistemi rrënjor mund të kompensojë pjesën e sistemit rrënjor që nuk është më aktiv për ndonjë arsye duke rritur përthithjen lokale.
Mekanizmi metabolik i bimëve varet nga oksigjeni si pranues i elektroneve.Pa oksigjen, prodhimi i ATP do të ndalet.Pa ATP, rrjedhja e protoneve nga rrënjët do të ndalet, lëngjet e qelizave të qelizave rrënjë do të bëhen acidike dhe këto qeliza do të vdesin brenda pak orësh.Hipoksia e përkohshme dhe afatshkurtër nuk do të shkaktojë stres të pakthyeshëm ushqyes në bimë.Për shkak të mekanizmit të "frymëmarrjes së nitrateve", mund të jetë një përshtatje afatshkurtër për të përballuar hipoksinë si një mënyrë alternative gjatë hipoksisë së rrënjës.Megjithatë, hipoksia afatgjatë do të çojë në rritje të ngadaltë, ulje të sipërfaqes së gjetheve dhe ulje të peshës së freskët dhe të thatë, gjë që do të çojë në një rënie të konsiderueshme të rendimentit të të korrave.
Etileni
Bimët do të formojnë etilen në vend nën shumë stres.Zakonisht, etileni hiqet nga rrënjët duke u shpërndarë në ajrin e tokës.Kur ndodh mbytja e ujit, formimi i etilenit jo vetëm që do të rritet, por edhe difuzioni do të reduktohet shumë sepse rrënjët janë të rrethuara nga uji.Rritja e përqendrimit të etilenit do të çojë në formimin e indit të ajrimit në rrënjë (Figura 2).Etileni gjithashtu mund të shkaktojë plakjen e gjetheve, dhe ndërveprimi midis etilenit dhe auksinës do të rrisë formimin e rrënjëve të rastësishme.
Stresi i oksigjenit çon në uljen e rritjes së gjetheve
ABA prodhohet në rrënjë dhe gjethe për të përballuar streset e ndryshme mjedisore.Në mjedisin rrënjë, përgjigja tipike ndaj stresit është mbyllja e stomatit, e cila përfshin formimin e ABA.Përpara se stomatat të mbyllen, pjesa e sipërme e bimës humbet presionin e fryrjes, sipërfaqja e gjetheve thahet dhe efikasiteti fotosintetik gjithashtu mund të ulet.Shumë studime kanë treguar se stomatat i përgjigjen rritjes së përqendrimit të ABA në apoplast duke mbyllur, pra përmbajtjen totale të ABA në jo gjethe duke çliruar ABA ndërqelizore, bimët mund të rrisin shumë shpejt përqendrimin e ABA apoplastit.Kur bimët janë nën stres mjedisor, ato fillojnë të lëshojnë ABA në qeliza dhe sinjali i lëshimit të rrënjës mund të transmetohet në minuta në vend të orëve.Rritja e ABA në indin e gjetheve mund të zvogëlojë zgjatjen e murit qelizor dhe të çojë në uljen e zgjatjes së gjetheve.Një tjetër efekt i hipoksisë është se jetëgjatësia e gjetheve është shkurtuar, gjë që do të prekë të gjitha gjethet.Hipoksia zakonisht çon në uljen e transportit të citokininës dhe nitrateve.Mungesa e azotit ose citokininës do të shkurtojë kohën e mirëmbajtjes së sipërfaqes së gjetheve dhe do të ndalojë rritjen e degëve dhe gjetheve brenda pak ditësh.
Optimizimi i mjedisit të oksigjenit të sistemit rrënjor të të korrave
Karakteristikat e substratit janë vendimtare për shpërndarjen e ujit dhe oksigjenit.Përqendrimi i oksigjenit në mjedisin rrënjësor të perimeve të serrës lidhet kryesisht me kapacitetin ujëmbajtës të nënshtresës, ujitjes (madhësia dhe shpeshtësia), strukturën e nënshtresës dhe temperaturën e shiritit të nënshtresës.Vetëm kur përmbajtja e oksigjenit në mjedisin rrënjësor është të paktën mbi 10% (4~5 mg/L), aktiviteti i rrënjës mund të mbahet në gjendjen më të mirë.
Sistemi rrënjor i kulturave është shumë i rëndësishëm për rritjen e bimëve dhe rezistencën ndaj sëmundjeve të bimëve.Uji dhe lëndët ushqyese do të absorbohen sipas nevojave të bimëve.Megjithatë, niveli i oksigjenit në mjedisin rrënjësor përcakton kryesisht efikasitetin e përthithjes së lëndëve ushqyese dhe ujit dhe cilësinë e sistemit rrënjor.Niveli i mjaftueshëm i oksigjenit në mjedisin e sistemit rrënjor mund të sigurojë shëndetin e sistemit rrënjor, në mënyrë që bimët të kenë rezistencë më të mirë ndaj mikroorganizmave patogjenë (Figura 3).Niveli adekuat i oksigjenit në substrat gjithashtu minimizon rrezikun e kushteve anaerobe, duke minimizuar kështu rrezikun e mikroorganizmave patogjenë.
Konsumi i oksigjenit në mjedisin rrënjë
Konsumi maksimal i oksigjenit i kulturave mund të jetë deri në 40 mg/m2/h (konsumi varet nga kulturat).Në varësi të temperaturës, uji i ujitjes mund të përmbajë deri në 7~8 mg/L oksigjen (Figura 4).Për të arritur 40 mg, duhet të jepen 5L ujë çdo orë për të plotësuar kërkesën për oksigjen, por në fakt, sasia e ujitjes në një ditë mund të mos arrihet.Kjo do të thotë se oksigjeni i siguruar nga ujitja luan vetëm një rol të vogël.Pjesa më e madhe e furnizimit me oksigjen arrin në zonën e rrënjës përmes poreve në matricë, dhe kontributi i furnizimit me oksigjen përmes poreve është deri në 90%, në varësi të kohës së ditës.Kur avullimi i bimëve arrin maksimumin, edhe sasia e ujitjes arrin maksimumin, e cila është e barabartë me 1~1,5L/m2/h.Nëse uji i ujitjes përmban 7mg/L oksigjen, ai do të sigurojë 7~11mg/m2/h oksigjen për zonën e rrënjës.Kjo është e barabartë me 17%~25% të kërkesës.Natyrisht, kjo vlen vetëm për situatën që uji i ujitjes me oksigjen të varfër në nënshtresë zëvendësohet me ujë të freskët vaditës.
Përveç konsumimit të rrënjëve, mikroorganizmat në mjedisin rrënjësor konsumojnë edhe oksigjen.Është e vështirë të përcaktohet sasia e kësaj sepse nuk është bërë asnjë matje në këtë drejtim.Meqenëse substratet e reja zëvendësohen çdo vit, mund të supozohet se mikroorganizmat luajnë një rol relativisht të vogël në konsumin e oksigjenit.
Optimizoni temperaturën e mjedisit të rrënjëve
Temperatura mjedisore e sistemit rrënjor është shumë e rëndësishme për rritjen dhe funksionimin normal të sistemit rrënjor, si dhe është një faktor i rëndësishëm që ndikon në përthithjen e ujit dhe lëndëve ushqyese nga sistemi rrënjor.
Temperatura shumë e ulët e nënshtresës (temperatura e rrënjës) mund të çojë në vështirësi në thithjen e ujit.Në 5℃, thithja është 70%~80% më e ulët se në 20℃.Nëse temperatura e ulët e substratit shoqërohet me temperaturë të lartë, kjo do të çojë në tharjen e bimëve.Thithja e joneve padyshim varet nga temperatura, e cila pengon thithjen e joneve në temperaturë të ulët, dhe ndjeshmëria e elementëve të ndryshëm ushqyes ndaj temperaturës është e ndryshme.
Temperatura shumë e lartë e substratit është gjithashtu e padobishme dhe mund të çojë në një sistem rrënjësor shumë të madh.Me fjalë të tjera, ekziston një shpërndarje e pabalancuar e lëndës së thatë në bimë.Për shkak se sistemi rrënjor është shumë i madh, humbjet e panevojshme do të ndodhin përmes frymëmarrjes dhe kjo pjesë e energjisë së humbur mund të ishte përdorur për pjesën e korrjes së bimës.Në temperaturë më të lartë të substratit, përmbajtja e oksigjenit të tretur është më e ulët, gjë që ka një ndikim shumë më të madh në përmbajtjen e oksigjenit në mjedisin rrënjësor sesa oksigjeni i konsumuar nga mikroorganizmat.Sistemi rrënjor konsumon shumë oksigjen, madje çon në hipoksi në rastin e nënshtresës ose strukturës së dobët të tokës, duke zvogëluar kështu thithjen e ujit dhe joneve.
Ruajtja e kapacitetit të arsyeshëm të mbajtjes së ujit të matricës.
Ekziston një korrelacion negativ midis përmbajtjes së ujit dhe përmbajtjes në përqindje të oksigjenit në matricë.Kur përmbajtja e ujit rritet, përmbajtja e oksigjenit zvogëlohet dhe anasjelltas.Ekziston një interval kritik midis përmbajtjes së ujit dhe oksigjenit në matricë, domethënë 80%~85% përmbajtjes së ujit (Figura 5).Mirëmbajtja afatgjatë e përmbajtjes së ujit mbi 85% në nënshtresë do të ndikojë në furnizimin me oksigjen.Pjesa më e madhe e furnizimit me oksigjen (75% ~ 90%) është përmes poreve në matricë.
Plotësimi i ujitjes ndaj përmbajtjes së oksigjenit në substrat
Më shumë rrezet e diellit do të çojnë në konsum më të lartë të oksigjenit dhe përqendrim më të ulët të oksigjenit në rrënjë (Figura 6), dhe më shumë sheqer do të rrisë konsumin e oksigjenit gjatë natës.Transpirimi është i fortë, thithja e ujit është e madhe dhe ka më shumë ajër dhe më shumë oksigjen në nënshtresë.Mund të shihet nga e majta e figurës 7 se përmbajtja e oksigjenit në nënshtresë do të rritet pak pas ujitjes me kusht që kapaciteti mbajtës i ujit të nënshtresës të jetë i lartë dhe përmbajtja e ajrit të jetë shumë e ulët.Siç tregohet në të djathtë të fig.7, në kushtet e ndriçimit relativisht më të mirë, përmbajtja e ajrit në nënshtresë rritet për shkak të më shumë thithjes së ujit (të njëjtat kohë ujitje).Ndikimi relativ i ujitjes në përmbajtjen e oksigjenit në substrat është shumë më i vogël se kapaciteti mbajtës i ujit (përmbajtja e ajrit) në nënshtresë.
Diskutoni
Në prodhimin aktual, përmbajtja e oksigjenit (ajrit) në mjedisin e rrënjëve të bimëve anashkalohet lehtësisht, por është një faktor i rëndësishëm për të siguruar rritjen normale të të korrave dhe zhvillimin e shëndetshëm të rrënjëve.
Për të marrë rendimentin maksimal gjatë prodhimit bimor, është shumë e rëndësishme të mbrohet mjedisi i sistemit rrënjor në gjendjen më të mirë sa të jetë e mundur.Studimet kanë treguar se O2përmbajtja në mjedisin e sistemit rrënjor nën 4mg/L do të ketë ndikim negativ në rritjen e të korrave.O2Përmbajtja në mjedisin rrënjësor ndikohet kryesisht nga ujitja (sasia dhe frekuenca e ujitjes), struktura e substratit, përmbajtja e ujit të nënshtresës, temperatura e serrës dhe e nënshtresës, dhe modelet e ndryshme të mbjelljes do të jenë të ndryshme.Algat dhe mikroorganizmat gjithashtu kanë një lidhje të caktuar me përmbajtjen e oksigjenit në mjedisin rrënjësor të kulturave hidroponike.Hipoksia jo vetëm që shkakton zhvillimin e ngadaltë të bimëve, por gjithashtu rrit presionin e patogjenëve të rrënjëve (pythium, phytophthora, fusarium) në rritjen e rrënjëve.
Strategjia e ujitjes ka një ndikim të rëndësishëm në O2përmbajtjes në substrat, dhe është gjithashtu një mënyrë më e kontrollueshme në procesin e mbjelljes.Disa studime mbi mbjelljen e trëndafilave kanë zbuluar se rritja e ngadaltë e përmbajtjes së ujit në substrat (në mëngjes) mund të marrë një gjendje më të mirë oksigjeni.Në nënshtresën me kapacitet të ulët mbajtës uji, nënshtresa mund të mbajë përmbajtje të lartë oksigjeni, dhe në të njëjtën kohë, është e nevojshme të shmanget diferenca e përmbajtjes së ujit ndërmjet nënshtresave përmes frekuencës më të lartë të ujitjes dhe intervalit më të shkurtër.Sa më i ulët të jetë kapaciteti mbajtës i ujit të nënshtresave, aq më i madh është ndryshimi midis nënshtresave.Nënshtresa e lagësht, frekuenca më e ulët e ujitjes dhe intervali më i gjatë sigurojnë më shumë zëvendësim ajri dhe kushte të favorshme oksigjeni.
Drenazhimi i nënshtresës është një tjetër faktor që ka një ndikim të madh në shpejtësinë e rinovimit dhe gradientin e përqendrimit të oksigjenit në nënshtresë, në varësi të llojit dhe kapacitetit ujëmbajtës të nënshtresës.Lëngu i ujitjes nuk duhet të qëndrojë në fund të nënshtresës për një kohë të gjatë, por duhet të shkarkohet shpejt në mënyrë që uji i freskët i ujitjes i pasuruar me oksigjen të mund të arrijë përsëri në fund të nënshtresës.Shpejtësia e kullimit mund të ndikohet nga disa masa relativisht të thjeshta, si p.sh. gradienti i nënshtresës në drejtimet gjatësore dhe të gjerësisë.Sa më i madh të jetë gradienti, aq më e shpejtë është shpejtësia e kullimit.Nënshtresa të ndryshme kanë hapje të ndryshme dhe numri i daljeve është gjithashtu i ndryshëm.
FUND
[informacion citimi]
Xie Yuanpei.Efektet e përmbajtjes së oksigjenit mjedisor në rrënjët e kulturave serrë në rritjen e kulturave [J].Teknologjia e Inxhinierisë Bujqësore, 2022,42(31):21-24.
Koha e postimit: Shkurt-21-2023