Sera Bahçeciliği Tarım Mühendisliği Teknolojisi, 13 Ocak 2023 tarihinde Pekin'de saat 17:30'da yayınlandı.

Besin elementlerinin çoğunun emilimi, bitki köklerinin metabolik aktiviteleriyle yakından ilişkili bir süreçtir. Bu süreçler, kök hücre solunumu tarafından üretilen enerjiyi gerektirir ve su emilimi de sıcaklık ve solunum tarafından düzenlenir; solunum ise oksijenin katılımını gerektirir, bu nedenle kök ortamındaki oksijen, bitkilerin normal büyümesi üzerinde hayati bir etkiye sahiptir. Sudaki çözünmüş oksijen içeriği sıcaklık ve tuzluluktan etkilenir ve substratın yapısı kök ortamındaki hava içeriğini belirler. Sulama, farklı su içeriği durumlarına sahip substratlarda oksijen içeriğinin yenilenmesi ve takviyesinde büyük farklılıklar gösterir. Kök ortamındaki oksijen içeriğini optimize etmek için birçok faktör vardır, ancak her faktörün etki derecesi oldukça farklıdır. Kök ortamında yüksek oksijen içeriğini korumanın ön koşulu, makul bir substrat su tutma kapasitesini (hava içeriği) korumaktır.

Sıcaklık ve tuzluluğun çözeltideki doymuş oksijen içeriği üzerindeki etkileri

Sudaki çözünmüş oksijen içeriği

Çözünmüş oksijen, suda bulunan serbest veya bağlı olmayan oksijendir ve sudaki çözünmüş oksijen içeriği belirli bir sıcaklıkta maksimuma ulaşır; bu da doymuş oksijen içeriğidir. Sudaki doymuş oksijen içeriği sıcaklıkla değişir ve sıcaklık arttıkça oksijen içeriği azalır. Berrak suyun doymuş oksijen içeriği, tuz içeren deniz suyundan daha yüksektir (Şekil 1), bu nedenle farklı konsantrasyonlardaki besin çözeltilerinin doymuş oksijen içeriği farklı olacaktır.

Matriste oksijen taşınması

Sera bitkilerinin köklerinin besin çözeltisinden alabileceği oksijen serbest halde olmalıdır ve oksijen, köklerin etrafındaki hava ve su yoluyla substratta taşınır. Belirli bir sıcaklıkta havadaki oksijen içeriğiyle denge halinde olduğunda, suda çözünmüş oksijen maksimum seviyeye ulaşır ve havadaki oksijen içeriğindeki değişim, sudaki oksijen içeriğinde orantılı bir değişime yol açar.

Kök ortamında hipoksi stresinin bitkiler üzerindeki etkileri

Kök hipoksisinin nedenleri

Hidroponik ve substratlı yetiştirme sistemlerinde hipoksi riskinin yaz aylarında daha yüksek olmasının birkaç nedeni vardır. Öncelikle, sıcaklık yükseldikçe sudaki doymuş oksijen içeriği azalır. İkincisi, kök büyümesini sürdürmek için gereken oksijen miktarı sıcaklığın artmasıyla artar. Ayrıca, yaz aylarında besin emilimi daha yüksek olduğundan, besin emilimi için oksijen ihtiyacı da daha fazladır. Bu durum, kök ortamındaki oksijen içeriğinin azalmasına ve etkili takviyenin eksikliğine yol açarak kök ortamında hipoksiye neden olur.

Emilim ve büyüme

En önemli besin maddelerinin çoğunun emilimi, kök metabolizmasıyla yakından ilgili süreçlere bağlıdır ve bu süreçler, kök hücre solunumu, yani oksijen varlığında fotosentetik ürünlerin parçalanmasıyla üretilen enerjiyi gerektirir. Çalışmalar, domates bitkilerinin toplam özümleme ürünlerinin %10-20'sinin köklerde kullanıldığını, bunun %50'sinin besin iyonu emilimi, %40'ının büyüme ve sadece %10'unun bakım için kullanıldığını göstermiştir. Kökler, CO2 saldıkları doğrudan ortamda oksijen bulmak zorundadır.₂Substratlarda ve hidroponik sistemlerde yetersiz havalandırmadan kaynaklanan anaerobik koşullar altında, hipoksi su ve besin emilimini etkiler. Hipoksi, besin maddelerinin, özellikle nitratın (NO₃) aktif emilimine hızlı bir şekilde yanıt verir.₃^-), potasyum (K) ve fosfat (PO)₄^3-Bu durum, kalsiyum (Ca) ve magnezyumun (Mg) pasif emilimini engelleyecektir.

Bitki kök büyümesi enerjiye ihtiyaç duyar, normal kök aktivitesi en düşük oksijen konsantrasyonuna ihtiyaç duyar ve COP değerinin altındaki oksijen konsantrasyonu kök hücresi metabolizmasını sınırlayan bir faktör haline gelir (hipoksi). Oksijen içeriği seviyesi düşük olduğunda, büyüme yavaşlar veya hatta durur. Kısmi kök hipoksisi sadece dalları ve yaprakları etkiliyorsa, kök sistemi, bazı nedenlerden dolayı artık aktif olmayan kök sistemi bölümünü yerel emilimi artırarak telafi edebilir.

Bitki metabolik mekanizması, elektron alıcısı olarak oksijene bağlıdır. Oksijen olmadan ATP üretimi durur. ATP olmadan, köklerden proton çıkışı durur, kök hücrelerinin hücre özsuyu asidik hale gelir ve bu hücreler birkaç saat içinde ölür. Geçici ve kısa süreli hipoksi, bitkilerde geri dönüşü olmayan beslenme stresine neden olmaz. "Nitrat solunumu" mekanizması nedeniyle, kök hipoksisi sırasında alternatif bir yol olarak hipoksiyle başa çıkmak için kısa vadeli bir adaptasyon olabilir. Bununla birlikte, uzun süreli hipoksi, yavaş büyümeye, yaprak alanının azalmasına ve taze ve kuru ağırlığın azalmasına yol açarak ürün veriminde önemli bir düşüşe neden olur.

Etilen

Bitkiler yoğun stres altında yerinde etilen üretirler. Genellikle etilen, toprak havasına difüzyon yoluyla köklerden uzaklaştırılır. Su birikmesi meydana geldiğinde, etilen oluşumu artmakla kalmaz, aynı zamanda kökler suyla çevrili olduğu için difüzyon da büyük ölçüde azalır. Etilen konsantrasyonundaki artış, köklerde havalandırma dokusunun oluşmasına yol açar (Şekil 2). Etilen ayrıca yaprak yaşlanmasına neden olabilir ve etilen ile oksin arasındaki etkileşim, adventif kök oluşumunu artırır.

Oksijen stresi yaprak büyümesinin azalmasına yol açar.

ABA, çeşitli çevresel streslerle başa çıkmak için köklerde ve yapraklarda üretilir. Kök ortamında, strese karşı tipik tepki, ABA oluşumunu içeren stomaların kapanmasıdır. Stomalar kapanmadan önce, bitkinin üst kısmı şişme basıncını kaybeder, üst yapraklar solar ve fotosentetik verimlilik de azalabilir. Birçok çalışma, stomaların apoplasttaki ABA konsantrasyonundaki artışa tepki olarak kapandığını, yani hücre içi ABA salınımı yoluyla yaprak dışı dokudaki toplam ABA içeriğini artırdığını ve bitkilerin apoplast ABA konsantrasyonunu çok hızlı bir şekilde artırabildiğini göstermiştir. Bitkiler çevresel stres altındayken, hücrelerde ABA salınımına başlarlar ve kök salınım sinyali saatler yerine dakikalar içinde iletilebilir. Yaprak dokusundaki ABA artışı, hücre duvarının uzamasını azaltabilir ve yaprak uzamasının azalmasına yol açabilir. Hipoksinin bir diğer etkisi ise yaprakların ömrünün kısalmasıdır ve bu durum tüm yaprakları etkiler. Hipoksi genellikle sitokinin ve nitrat taşınmasının azalmasına yol açar. Azot veya sitokinin eksikliği, yaprak alanının korunma süresini kısaltacak ve birkaç gün içinde dalların ve yaprakların büyümesini durduracaktır.

Bitki kök sisteminin oksijen ortamının optimize edilmesi

Substratın özellikleri, su ve oksijen dağılımı için belirleyicidir. Sera sebzelerinin kök ortamındaki oksijen konsantrasyonu esas olarak substratın su tutma kapasitesi, sulama (miktarı ve sıklığı), substrat yapısı ve substrat şerit sıcaklığı ile ilgilidir. Kök ortamındaki oksijen içeriği en az %10'un (4~5 mg/L) üzerinde olduğunda, kök aktivitesi en iyi durumda korunabilir.

Bitkilerin kök sistemi, bitki büyümesi ve bitki hastalıklarına karşı direnci için çok önemlidir. Su ve besin maddeleri, bitkilerin ihtiyaçlarına göre emilir. Bununla birlikte, kök ortamındaki oksijen seviyesi, besin ve su emilim verimliliğini ve kök sisteminin kalitesini büyük ölçüde belirler. Kök sistemi ortamında yeterli oksijen seviyesi, kök sisteminin sağlığını sağlayarak bitkilerin patojen mikroorganizmalara karşı daha iyi direnç göstermesini sağlar (Şekil 3). Substratta yeterli oksijen seviyesi ayrıca anaerobik koşulların riskini en aza indirir, böylece patojen mikroorganizmaların riskini de en aza indirir.

Kök ortamında oksijen tüketimi

Bitkilerin maksimum oksijen tüketimi 40 mg/m2/saat kadar yüksek olabilir (tüketim bitkiye bağlıdır). Sıcaklığa bağlı olarak, sulama suyu 7~8 mg/L'ye kadar oksijen içerebilir (Şekil 4). 40 mg'a ulaşmak için, oksijen ihtiyacını karşılamak üzere her saat 5 L su verilmelidir, ancak gerçekte bir günde sulama miktarı bu miktara ulaşmayabilir. Bu, sulama ile sağlanan oksijenin sadece küçük bir rol oynadığı anlamına gelir. Oksijenin çoğu, matristeki gözenekler yoluyla kök bölgesine ulaşır ve gözenekler yoluyla oksijen sağlanmasının katkısı, günün saatine bağlı olarak %90'a kadar çıkabilir. Bitkilerin buharlaşması maksimuma ulaştığında, sulama miktarı da maksimuma ulaşır, bu da 1~1,5 L/m2/saat'e eşdeğerdir. Sulama suyu 7 mg/L oksijen içeriyorsa, kök bölgesi için 7~11 mg/m2/saat oksijen sağlayacaktır. Bu, ihtiyacın %17~25'ine eşdeğerdir. Elbette, bu durum yalnızca substrattaki oksijen bakımından fakir sulama suyunun taze sulama suyuyla değiştirilmesi halinde geçerlidir.

Köklerin tüketimine ek olarak, kök ortamındaki mikroorganizmalar da oksijen tüketir. Bu konuda herhangi bir ölçüm yapılmadığı için bunu nicelleştirmek zordur. Her yıl yeni substratlar yenilendiğinden, mikroorganizmaların oksijen tüketiminde nispeten küçük bir rol oynadığı varsayılabilir.

Köklerin ortam sıcaklığını optimize edin.

Kök sisteminin çevresel sıcaklığı, kök sisteminin normal büyümesi ve işlevi için çok önemlidir ve aynı zamanda kök sisteminin su ve besin maddelerini emmesini etkileyen önemli bir faktördür.

Çok düşük substrat sıcaklığı (kök sıcaklığı) su emiliminde zorluğa yol açabilir. 5℃'de emilim, 20℃'ye göre %70~80 daha düşüktür. Düşük substrat sıcaklığına yüksek sıcaklık eşlik ederse, bitkinin solmasına neden olur. İyon emilimi açıkça sıcaklığa bağlıdır; düşük sıcaklıkta iyon emilimi engellenir ve farklı besin elementlerinin sıcaklığa duyarlılığı farklıdır.

Çok yüksek substrat sıcaklığı da faydasızdır ve çok büyük bir kök sistemine yol açabilir. Başka bir deyişle, bitkilerde kuru madde dağılımı dengesizdir. Kök sistemi çok büyük olduğu için solunum yoluyla gereksiz kayıplar meydana gelir ve kaybedilen enerjinin bu kısmı bitkinin hasat kısmı için kullanılabilirdi. Daha yüksek substrat sıcaklığında, çözünmüş oksijen içeriği daha düşüktür ve bu da mikroorganizmalar tarafından tüketilen oksijenden çok daha fazla kök ortamındaki oksijen içeriğini etkiler. Kök sistemi çok fazla oksijen tüketir ve hatta zayıf substrat veya toprak yapısı durumunda hipoksiye yol açarak su ve iyon emilimini azaltır.

Matrisin makul su tutma kapasitesini koruyun.

Matristeki su içeriği ile oksijen yüzdesi arasında negatif bir korelasyon vardır. Su içeriği arttığında oksijen içeriği azalır ve tersi de geçerlidir. Matristeki su içeriği ve oksijen arasında kritik bir aralık vardır, yani %80~%85 su içeriği (Şekil 5). Substratta su içeriğinin uzun süre %85'in üzerinde tutulması oksijen tedarikini etkileyecektir. Oksijen tedarikinin büyük kısmı (%75~%90) matristeki gözenekler yoluyla sağlanır.

Substrattaki oksijen içeriğine sulama takviyesi

Daha fazla güneş ışığı, köklerde daha yüksek oksijen tüketimine ve daha düşük oksijen konsantrasyonuna yol açacaktır (Şekil 6) ve daha fazla şeker, gece oksijen tüketimini artıracaktır. Terleme güçlüdür, su emilimi büyüktür ve substratta daha fazla hava ve daha fazla oksijen bulunur. Şekil 7'nin sol tarafında görüldüğü gibi, substratın su tutma kapasitesi yüksek ve hava içeriği çok düşük olduğunda, sulamadan sonra substrattaki oksijen içeriği hafifçe artacaktır. Şekil 7'nin sağ tarafında gösterildiği gibi, nispeten daha iyi aydınlatma koşullarında, daha fazla su emilimi nedeniyle substrattaki hava içeriği artar (aynı sulama zamanlarında). Sulamanın substrattaki oksijen içeriği üzerindeki göreceli etkisi, substrattaki su tutma kapasitesine (hava içeriğine) göre çok daha azdır.

Tartışmak

Gerçek üretim sürecinde, bitki kök ortamındaki oksijen (hava) içeriği kolayca göz ardı edilir, ancak bu, bitkilerin normal büyümesini ve köklerin sağlıklı gelişimini sağlamak için önemli bir faktördür.

Bitki üretiminde maksimum verim elde etmek için, kök sistemi ortamını olabildiğince iyi durumda korumak çok önemlidir. Çalışmalar, O'nun₂Kök sistemi ortamındaki O içeriğinin 4 mg/L'nin altında olması, bitki büyümesini olumsuz etkileyecektir.₂Kök ortamındaki içerik esas olarak sulama (sulama miktarı ve sıklığı), substrat yapısı, substrat su içeriği, sera ve substrat sıcaklığı ve farklı ekim düzenlerinden etkilenir. Algler ve mikroorganizmalar da hidroponik bitkilerin kök ortamındaki oksijen içeriğiyle belirli bir ilişkiye sahiptir. Hipoksi sadece bitkilerin yavaş gelişmesine neden olmakla kalmaz, aynı zamanda kök patojenlerinin (Pythium, Phytophthora, Fusarium) kök büyümesi üzerindeki baskısını da artırır.

Sulama stratejisinin O üzerinde önemli bir etkisi vardır.₂Bu yöntem, substrattaki su içeriğini kontrol etmeyi kolaylaştırır ve dikim sürecinde daha kontrollü bir yol sunar. Bazı gül dikim çalışmalarında, substrattaki su içeriğinin (sabahları) yavaşça artırılmasının daha iyi bir oksijen durumu sağlayabileceği bulunmuştur. Su tutma kapasitesi düşük substratlarda, yüksek oksijen içeriği korunurken, aynı zamanda daha yüksek sulama sıklığı ve daha kısa aralıklarla substratlar arasındaki su içeriği farkının önlenmesi gerekir. Substratların su tutma kapasitesi ne kadar düşükse, substratlar arasındaki fark o kadar büyük olur. Nemli substrat, daha düşük sulama sıklığı ve daha uzun aralıklar, daha fazla hava değişimi ve elverişli oksijen koşulları sağlar.

Toprak drenajı, toprağın türüne ve su tutma kapasitesine bağlı olarak, yenilenme hızı ve topraktaki oksijen konsantrasyonu gradyanı üzerinde büyük etkisi olan bir diğer faktördür. Sulama sıvısı toprağın dibinde çok uzun süre kalmamalı, taze oksijenle zenginleştirilmiş sulama suyunun tekrar toprağın dibine ulaşabilmesi için hızla boşaltılmalıdır. Drenaj hızı, toprağın uzunlamasına ve enine yöndeki eğimi gibi nispeten basit bazı önlemlerle etkilenebilir. Eğim ne kadar büyükse, drenaj hızı o kadar hızlı olur. Farklı toprakların farklı açıklıkları vardır ve çıkış sayısı da farklıdır.

SON

[kaynak bilgisi]

Xie Yuanpei. Sera bitkilerinin köklerindeki çevresel oksijen içeriğinin bitki büyümesi üzerindeki etkileri [J]. Tarım Mühendisliği Teknolojisi, 2022,42(31):21-24.