Teknologjia e inxhinierisë bujqësore të kopshtarisë në serra. Botuar në Pekin në orën 17:30 më 13 janar 2023.

Thithja e shumicës së elementëve ushqyes është një proces i lidhur ngushtë me aktivitetet metabolike të rrënjëve të bimëve. Këto procese kërkojnë energji të gjeneruar nga frymëmarrja e qelizave rrënjore, dhe thithja e ujit rregullohet gjithashtu nga temperatura dhe frymëmarrja, dhe frymëmarrja kërkon pjesëmarrjen e oksigjenit, kështu që oksigjeni në mjedisin rrënjor ka një ndikim jetësor 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 rrënjor. Ujitja ka ndryshime të mëdha në rinovimin dhe plotësimin e përmbajtjes së oksigjenit në substrate me gjendje të ndryshme të përmbajtjes së ujit. Ka shumë faktorë për të optimizuar përmbajtjen e oksigjenit në mjedisin rrënjor, por shkalla e ndikimit të secilit faktor është mjaft e ndryshme. Mbajtja e kapacitetit të arsyeshëm mbajtës të ujit të substratit (përmbajtja e ajrit) është premisa e mbajtjes së përmbajtjes së lartë të oksigjenit në mjedisin rrënjor.

Efektet e temperaturës dhe kripësisë 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 të serrës mund të marrin nga tretësira ushqyese duhet të jetë në gjendje të lirë, dhe oksigjeni transportohet në substrat nëpërmjet ajrit dhe ujit dhe ujit përreth 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 rrënjor në të korra

Shkaqet e hipoksisë së rrënjëve

Ka disa arsye pse rreziku i hipoksisë në hidroponikë dhe sistemet e kultivimit me substrat 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 thithjes së lëndëve ushqyese është më e lartë në verë, kështu që kërkesa për oksigjen për thithjen e lëndëve ushqyese është më e lartë. Kjo çon në uljen e përmbajtjes së oksigjenit në mjedisin e rrënjëve dhe mungesën e një suplementi efektiv, gjë që çon në hipoksi në mjedisin e rrënjëve.

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, zbërthimi i produkteve fotosintetike në prani të oksigjenit. Studimet kanë treguar se 10%~20% e asimilimeve 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 ato lëshojnë CO2.₂Nën kushte anaerobe të shkaktuara nga ventilimi i dobët në substrate dhe hidroponikë, hipoksia do të ndikojë në thithjen e ujit dhe lëndëve ushqyese. Hipoksia ka një përgjigje të shpejtë ndaj thithjes aktive të lëndëve ushqyese, përkatësisht nitratit (NO₃^-), kalium (K) dhe fosfat (PO₄^3-), i cili do të ndërhyjë në thithjen 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 (hipoksia). 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 thithjen lokale.

Mekanizmi metabolik i bimëve varet nga oksigjeni si pranues elektronesh. Pa oksigjen, prodhimi i ATP-së do të ndalet. Pa ATP, rrjedhja e protoneve nga rrënjët do të ndalet, lëngu qelizor i qelizave rrënjësore do të bëhet acidik dhe këto qeliza do të vdesin brenda pak orësh. Hipoksia e përkohshme dhe afatshkurtër nuk do të shkaktojë stres ushqyes të pakthyeshëm tek bimët. Për shkak të mekanizmit të "frymëmarrjes së nitrateve", mund të jetë një përshtatje afatshkurtër për t'u përballur me hipoksinë si një mënyrë alternative gjatë hipoksisë së rrënjëve. 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 ndjeshme të rendimentit të të korrave.

Etilen

Bimët do të formojnë etilen in situ nën shumë stres. Zakonisht, etileni hiqet nga rrënjët duke u përhapur në ajrin e tokës. Kur ndodh mbingarkimi me ujë, 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 indeve të ajrimit në rrënjë (Figura 2). Etileni gjithashtu mund të shkaktojë plakjen e gjetheve, dhe bashkëveprimi 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 t'u përballur me strese të ndryshme mjedisore. Në mjedisin rrënjor, përgjigja tipike ndaj stresit është mbyllja e stomatave, e cila përfshin formimin e ABA-së. Përpara se stomatat të mbyllen, maja e bimës humbet presionin e ënjtjes, gjethet e sipërme vyshken dhe efikasiteti fotosintetik gjithashtu mund të ulet. Shumë studime kanë treguar se stomatat i përgjigjen rritjes së përqendrimit të ABA-së në apoplast duke u mbyllur, domethënë, përmbajtjes totale të ABA-së në jo-gjethe duke çliruar ABA intraqelizore. Bimët mund ta rrisin përqendrimin e ABA-së së apoplastit shumë shpejt. Kur bimët janë nën stres mjedisor, ato fillojnë të çlirojnë ABA-në në qeliza dhe sinjali i çlirimit të rrënjës mund të transmetohet në minuta në vend të orëve. Rritja e ABA-së në indet e gjetheve mund të zvogëlojë zgjatjen e murit qelizor dhe të çojë në uljen e zgjatjes së gjetheve. Një efekt tjetër i hipoksisë është se jetëgjatësia e gjetheve shkurtohet, gjë që do të prekë të gjitha gjethet. Hipoksia zakonisht çon në uljen e transportit të citokininës dhe nitratit. Mungesa e azotit ose e 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 bimëve

Karakteristikat e substratit janë vendimtare për shpërndarjen e ujit dhe oksigjenit. Përqendrimi i oksigjenit në mjedisin rrënjor të perimeve të serrës lidhet kryesisht me kapacitetin mbajtës të ujit të substratit, ujitjen (madhësia dhe frekuenca), strukturën e substratit dhe temperaturën e rripit të substratit. Vetëm kur përmbajtja e oksigjenit në mjedisin rrënjor është të paktën mbi 10% (4~5mg/L), aktiviteti i rrënjës mund të mbahet në gjendjen më të mirë.

Sistemi rrënjor i bimëve është shumë i rëndësishëm për rritjen e bimëve dhe rezistencën e tyre ndaj sëmundjeve. Uji dhe lëndët ushqyese do të absorbohen sipas nevojave të bimëve. Megjithatë, niveli i oksigjenit në mjedisin rrënjor përcakton kryesisht efikasitetin e absorbimit të lëndëve ushqyese dhe ujit dhe cilësinë e sistemit rrënjor. Një nivel i mjaftueshëm oksigjeni 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). Një nivel i mjaftueshëm oksigjeni në substrat gjithashtu minimizon rrezikun e kushteve anaerobe, duke minimizuar kështu rrezikun e mikroorganizmave patogjenë.

Konsumi i oksigjenit në mjedisin e rrënjës

Konsumi maksimal i oksigjenit nga të mbjellat mund të jetë deri në 40mg/m2/orë (konsumi varet nga të mbjellat). Në varësi të temperaturës, uji i ujitjes mund të përmbajë deri në 7~8mg/L oksigjen (Figura 4). Për të arritur 40 mg, duhet të jepen 5L ujë çdo orë për të përmbushur kërkesën për oksigjen, por në fakt, sasia e ujitjes në një ditë mund të mos arrihet. Kjo do të thotë që oksigjeni i ofruar nga ujitja luan vetëm një rol të vogël. Pjesa më e madhe e furnizimit me oksigjen arrin në zonën rrënjore përmes poreve në matricë, dhe kontributi i furnizimit me oksigjen përmes poreve është deri në 90%, varësisht nga koha e ditës. Kur avullimi i bimëve arrin maksimumin, sasia e ujitjes gjithashtu arrin maksimumin, që është ekuivalente me 1~1.5L/m2/orë. Nëse uji i ujitjes përmban 7mg/L oksigjen, ai do të sigurojë 7~11mg/m2/orë oksigjen për zonën rrënjore. Kjo është ekuivalente me 17%~25% të kërkesës. Sigurisht, kjo vlen vetëm për situatën kur uji i ujitjes i varfër me oksigjen në substrat zëvendësohet me ujë të freskët ujitjeje.

Përveç konsumit të rrënjëve, mikroorganizmat në mjedisin e rrënjëve konsumojnë edhe oksigjen. Është e vështirë të përcaktohet kjo 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 mjedisore të rrënjëve

Temperatura e mjedisit të sistemit rrënjor është shumë e rëndësishme për rritjen dhe funksionimin normal të sistemit rrënjor, dhe është gjithashtu një faktor i rëndësishëm që ndikon në thithjen e ujit dhe lëndëve ushqyese nga sistemi rrënjor.

Temperatura shumë e ulët e substratit (temperatura e rrënjëve) 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 vyshkjen e bimëve. Thithja e joneve varet padyshim 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 rrënjor shumë të madh. Me fjalë të tjera, ekziston një shpërndarje e pabalancuar e lëndës së thatë në bimë. Meqenëse sistemi rrënjor është shumë i madh, do të ndodhin humbje të panevojshme 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 rrënjor sesa oksigjeni i konsumuar nga mikroorganizmat. Sistemi rrënjor konsumon shumë oksigjen dhe madje çon në hipoksi në rastin e substratit ose strukturës së dobët të tokës, duke zvogëluar kështu thithjen e ujit dhe joneve.

Ruani një kapacitet të arsyeshëm mbajtës të ujit të matricës.

Ekziston një korrelacion negativ midis përmbajtjes së ujit dhe përqindjes së përmbajtjes së oksigjenit në matricë. Kur përmbajtja e ujit rritet, përmbajtja e oksigjenit ulet dhe anasjelltas. Ekziston një diapazon kritik midis përmbajtjes së ujit dhe oksigjenit në matricë, domethënë 80%~85% përmbajtje uji (Figura 5). Mbajtja afatgjatë e përmbajtjes së ujit mbi 85% në substrat do të ndikojë në furnizimin me oksigjen. Pjesa më e madhe e furnizimit me oksigjen (75%~90%) bëhet përmes poreve në matricë.

Shtesë e ujitjes në përmbajtjen e oksigjenit në substrat

Më shumë dritë dielli do të çojë në konsum më të lartë të oksigjenit dhe përqendrim më të ulët të oksigjenit në rrënjë (Figura 6), dhe më shumë sheqer do ta bëjë konsumin e oksigjenit më të lartë gjatë natës. Transpirimi është i fortë, thithja e ujit është e madhe dhe ka më shumë ajër dhe më shumë oksigjen në substrat. Nga e majta e Figurës 7 mund të shihet se përmbajtja e oksigjenit në substrat do të rritet pak pas ujitjes me kusht që kapaciteti mbajtës i ujit të substratit 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 substrat rritet për shkak të thithjes më të madhe të ujit (kohë të njëjta ujitjeje). Ndikimi relativ i ujitjes në përmbajtjen e oksigjenit në substrat është shumë më i vogël se kapaciteti mbajtës i ujit (përmbajtja e ajrit) në substrat.

Diskutoni

Në prodhimin aktual, përmbajtja e oksigjenit (ajrit) në mjedisin rrënjor të të korrave 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 të të korrave, është shumë e rëndësishme të mbrohet mjedisi i sistemit rrënjor në gjendjen më të mirë sa më shumë që të jetë e mundur. Studimet kanë treguar se O₂përmbajtja në mjedisin e sistemit rrënjor nën 4mg/L do të ketë një ndikim negativ në rritjen e të korrave.₂Përmbajtja në mjedisin rrënjor ndikohet kryesisht nga ujitja (sasia dhe frekuenca e ujitjes), struktura e substratit, përmbajtja e ujit në substrat, temperatura e serrës dhe e substratit, dhe modelet e ndryshme të mbjelljes do të jenë të ndryshme. Algat dhe mikroorganizmat gjithashtu kanë një marrëdhënie të caktuar me përmbajtjen e oksigjenit në mjedisin rrënjor të kulturave hidroponike. Hipoksia jo vetëm që shkakton zhvillimin e ngadaltë të bimëve, por gjithashtu rrit presionin e patogjenëve të rrënjës (pitium, phytophthora, fusarium) në rritjen e rrënjëve.

Strategjia e ujitjes ka një ndikim të rëndësishëm në O₂përmbajtjen 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 arrijë një gjendje më të mirë oksigjeni. Në substratin me kapacitet të ulët mbajtës të ujit, substrati mund të mbajë përmbajtje të lartë oksigjeni, dhe në të njëjtën kohë, është e nevojshme të shmanget ndryshimi i përmbajtjes së ujit midis substrateve përmes frekuencës më të lartë të ujitjes dhe intervalit më të shkurtër. Sa më i ulët të jetë kapaciteti mbajtës i ujit i substrateve, aq më i madh është ndryshimi midis substrateve. Substrati i lagësht, frekuenca më e ulët e ujitjes dhe intervali më i gjatë sigurojnë më shumë zëvendësim të ajrit dhe kushte të favorshme të oksigjenit.

Kullimi i substratit është një faktor tjetër që ka një ndikim të madh në shkallën e ripërtëritjes dhe gradientin e përqendrimit të oksigjenit në substrat, varësisht nga lloji dhe kapaciteti mbajtës i ujit të substratit. Lëngu i ujitjes nuk duhet të qëndrojë në fund të substratit për shumë kohë, 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 substratit. Shpejtësia e kullimit mund të ndikohet nga disa masa relativisht të thjeshta, siç është pjerrësia e substratit në drejtimet gjatësore dhe të gjerësisë. Sa më i madh të jetë pjerrësia, aq më e shpejtë është shpejtësia e kullimit. Substrate të ndryshme kanë hapje të ndryshme dhe numri i daljeve është gjithashtu i ndryshëm.

FUND

[informacion për citim]

Xie Yuanpei. Efektet e përmbajtjes së oksigjenit mjedisor në rrënjët e kulturave të serrës në rritjen e kulturave [J]. Teknologjia e Inxhinierisë Bujqësore, 2022,42(31):21-24.