Sera bahçeciliğinin ziraat mühendisliği teknolojisi13 Ocak 2023 tarihinde saat 17:30'da Pekin'de yayınlandı.

Çoğu besin elementinin emilimi, bitki köklerinin metabolik aktiviteleri ile yakından ilgili bir süreçtir.Bu işlemler, kök hücre solunumu tarafından üretilen enerjiyi gerektirir ve su emilimi ayrıca sıcaklık ve solunum tarafından düzenlenir ve solunum, oksijenin katılımını gerektirir, bu nedenle kök ortamındaki oksijen, mahsullerin normal büyümesi üzerinde hayati bir etkiye sahiptir.Sudaki çözünmüş oksijen içeriği sıcaklık ve tuzluluktan etkilenir ve kök ortamındaki hava içeriğini substratın yapısı belirler.Sulama, farklı su içeriği durumlarına sahip substratlarda oksijen içeriğinin yenilenmesinde ve takviyesinde büyük farklılıklar gösterir.Kök ortamındaki oksijen içeriğini optimize etmek için birçok faktör vardır, ancak her faktörün etki derecesi oldukça farklıdır.Makul substrat su tutma kapasitesinin (hava içeriği) sürdürülmesi, kök ortamında yüksek oksijen içeriğinin korunmasının öncülüdür.

Sıcaklık ve tuzluluğun çözeltideki doymuş oksijen içeriği üzerindeki etkileri

Suda çözünmüş oksijen içeriği

Çözünmüş oksijen, sudaki bağlı olmayan veya serbest oksijen içinde çözülür ve sudaki çözünmüş oksijen içeriği, doymuş oksijen içeriği olan belirli bir sıcaklıkta maksimuma ulaşır.Sudaki doymuş oksijen içeriği sıcaklıkla değişir ve sıcaklık arttığında oksijen içeriği azalır.Berrak suyun doymuş oksijen içeriği, tuz içeren deniz suyundan daha yüksektir (Şekil 1), bu nedenle farklı konsantrasyonlara sahip besin solüsyonlarının doymuş oksijen içeriği farklı olacaktır.

Matrikste oksijenin taşınması

Sera bitki köklerinin besin çözeltisinden alabildiği oksijen serbest durumda olmalıdır ve oksijen alt tabakada hava ve su yoluyla ve köklerin etrafındaki su yoluyla taşınır.Belirli bir sıcaklıkta havadaki oksijen içeriği ile dengede olduğunda, suda çözünmüş oksijen maksimuma ulaşır ve havadaki oksijen içeriğindeki değişiklik, sudaki oksijen içeriğinin orantılı olarak değişmesine yol açacaktır.

Kök ortamındaki hipoksi stresinin mahsuller üzerindeki etkileri

Kök hipoksisinin nedenleri

Hidroponik ve substrat yetiştirme sistemlerinde hipoksi riskinin yaz aylarında daha yüksek olmasının birkaç nedeni vardır.Her şeyden önce, sıcaklık arttıkça sudaki doymuş oksijen içeriği azalacaktır.İkincisi, kök büyümesini sürdürmek için gereken oksijen, sıcaklık artışıyla artar.Ayrıca yaz aylarında besinlerin emilim miktarı daha fazladır, bu nedenle besinlerin emilimi için oksijene olan ihtiyaç da yüksektir.Kök ortamındaki oksijen içeriğinin azalmasına ve etkili takviye eksikliğine yol açarak kök ortamında hipoksiye yol açar.

Emilim ve büyüme

Temel besin maddelerinin çoğunun emilmesi, kök hücre solunumu tarafından üretilen enerjiyi, yani oksijen varlığında fotosentetik ürünlerin ayrışmasını gerektiren kök metabolizması ile yakından ilgili süreçlere bağlıdır.Araştırmalar, domates bitkilerinin toplam asimilatlarının %10~20'sinin köklerde kullanıldığını, bunların %50'sinin besin iyonu emilimi için, %40'ının büyüme için ve sadece %10'unun bakım için kullanıldığını göstermiştir.Kökler, CO saldıkları doğrudan ortamda oksijen bulmalıdır.₂.Substratlarda ve hidroponiklerde yetersiz havalandırmanın neden olduğu anaerobik koşullar altında, hipoksi su ve besinlerin emilimini etkileyecektir.Hipoksi, besinlerin, yani nitratın (NO) aktif emilimine hızlı bir yanıt verir.₃^-), potasyum (K) ve fosfat (PO₄^3-), 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 hücre metabolizmasını (hipoksi) sınırlayan bir faktör haline gelir.Oksijen içeriği seviyesi düşük olduğunda, büyüme yavaşlar ve hatta durur.Kısmi kök hipoksisi sadece dalları ve yaprakları etkiliyorsa, kök sistemi herhangi bir nedenle artık aktif olmayan kök sistemini yerel absorpsiyonu artırarak telafi edebilir.

Bitki metabolik mekanizması, elektron alıcısı olarak oksijene bağlıdır.Oksijen olmazsa ATP üretimi durur.ATP olmadan köklerden proton çıkışı duracak, kök hücrelerin hücre özsuyu asidik hale gelecek ve bu hücreler birkaç saat içinde öleceklerdir.Geçici ve kısa süreli hipoksi, bitkilerde geri dönüşü olmayan beslenme stresine neden olmaz.“Nitrat solunumu” mekanizması nedeniyle, kök hipoksisi sırasında alternatif bir yol olarak hipoksi ile başa çıkmak için kısa süreli bir adaptasyon olabilir.Bununla birlikte, uzun süreli hipoksi, yavaş büyümeye, yaprak alanının azalmasına ve taze ve kuru ağırlığın azalmasına neden olacak ve bu da mahsul veriminde önemli bir düşüşe yol açacaktır.

Etilen

Bitkiler çok fazla stres altında yerinde etilen oluşturacaktır.Etilen genellikle toprak havasına yayılarak köklerden uzaklaştırılır.Su basması meydana geldiğinde, etilen oluşumu sadece artmayacak, aynı zamanda köklerin etrafı su ile çevrili olduğu için difüzyon da büyük ölçüde azalacaktır.Etilen konsantrasyonunun artması köklerde havalanma dokusunun oluşmasına yol açacaktır (Şekil 2).Etilen ayrıca yaprak yaşlanmasına neden olabilir ve etilen ile oksin arasındaki etkileşim, tesadüfi köklerin oluşumunu artıracaktır.

Oksijen stresi yaprak büyümesinin azalmasına neden olur

ABA, çeşitli çevresel streslerle başa çıkmak için köklerde ve yapraklarda üretilir.Kök ortamında, strese verilen tipik yanıt, ABA oluşumunu içeren stoma kapanmasıdır.Stomalar kapanmadan önce bitkinin tepesi şişme basıncını kaybeder, üst yapraklar solar ve fotosentetik verim de düşebilir.Birçok çalışma, stomaların apoplasttaki ABA konsantrasyonundaki artışa, hücre içi ABA'yı serbest bırakarak, yani yapraklardaki toplam ABA içeriğini kapatarak yanıt verdiğini, bitkilerin apoplast ABA konsantrasyonunu çok hızlı bir şekilde artırabildiğini göstermiştir.Bitkiler çevresel stres altındayken hücrelerde ABA salmaya başlarlar ve kök salma sinyali saatler yerine dakikalar içinde iletilebilir.Yaprak dokusunda ABA'nın artması hücre duvarının uzamasını azaltabilir ve yaprak uzamasının azalmasına neden olabilir.Hipoksinin bir diğer etkisi de yaprakların ömrünün kısalmasıdır ki bu da tüm yaprakları etkileyecektir.Hipoksi genellikle sitokinin ve nitrat taşınmasının azalmasına yol açar.Azot veya sitokinin eksikliği, yaprak alanının bakım süresini kısaltacak ve dalların ve yaprakların büyümesini birkaç gün içinde durduracaktır.

Ekin kök sisteminin oksijen ortamını optimize etme

Substratın özellikleri, su ve oksijenin dağılımı için belirleyicidir.Sera sebzelerinin kök ortamındaki oksijen konsantrasyonu, temel olarak substratın su tutma kapasitesi, sulama (boyut ve sıklık), substrat yapısı ve substrat şerit sıcaklığı ile ilişkilidir.Yalnızca kök ortamındaki oksijen içeriği en az %10'un (4~5mg/L) üzerinde olduğunda kök aktivitesi en iyi durumda tutulabilir.

Ekinlerin kök sistemi, bitki büyümesi ve bitki hastalıklarına karşı direnç için çok önemlidir.Su ve besinler bitkilerin ihtiyaçlarına göre emilecektir.Bununla birlikte, kök ortamındaki oksijen seviyesi, besinlerin ve suyun emilim etkinliğini ve kök sisteminin kalitesini büyük ölçüde belirler.Kök sistemi ortamındaki yeterli oksijen seviyesi, kök sisteminin sağlığını sağlayabilir, böylece bitkiler patojenik mikroorganizmalara karşı daha iyi direnç gösterebilir (Şekil 3).Substrattaki yeterli oksijen seviyesi ayrıca anaerobik koşullar riskini en aza indirir, böylece patojenik mikroorganizma riskini en aza indirir.

Kök ortamında oksijen tüketimi

Mahsullerin maksimum oksijen tüketimi 40mg/m2/h kadar yüksek olabilir (tüketim mahsullere bağlıdır).Sıcaklığa bağlı olarak, sulama suyu 7~8mg/L'ye kadar oksijen içerebilir (Şekil 4).40 mg'a ulaşmak için oksijen ihtiyacını karşılamak üzere saatte bir 5L su verilmesi gerekir ama aslında bir günlük sulama miktarına ulaşılamayabilir.Bu, sulama ile sağlanan oksijenin sadece küçük bir rol oynadığı anlamına gelir.Oksijen kaynağının çoğu, matristeki gözenekler yoluyla kök bölgesine ulaşır ve gözenekler yoluyla oksijen kaynağının katkısı, günün saatine bağlı olarak %90'a kadar çıkar.Bitkilerin buharlaşması maksimuma ulaştığında, sulama miktarı da maksimuma ulaşır, bu da 1~1,5L/m2/h'ye eşdeğerdir.Sulama suyu 7mg/L oksijen içeriyorsa kök bölgesi için 7~11mg/m2/h oksijen sağlayacaktır.Bu, talebin %17~25'ine eşdeğerdir.Tabii ki, bu sadece alt tabakadaki oksijenden fakir sulama suyunun taze sulama suyuyla değiştirildiği durum için geçerlidir.

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

Köklerin ortam sıcaklığını optimize edin

Kök sisteminin çevre sıcaklığı, kök sisteminin normal büyümesi ve işlevi için çok önemlidir ve ayrıca kök sistemi tarafından su ve besinlerin emilimini etkileyen önemli bir faktördür.

Çok düşük yüzey sıcaklığı (kök sıcaklığı) su emiliminde zorluklara neden olabilir.5°C'de emilim, 20°C'dekinden %70~%80 daha düşüktür.Düşük substrat sıcaklığına yüksek sıcaklık eşlik ederse, bitki solmasına neden olur.İyon emilimi, düşük sıcaklıkta iyon emilimini engelleyen sıcaklığa bağlıdır ve farklı besin elementlerinin sıcaklığa duyarlılığı farklıdır.

Çok yüksek yüzey sıcaklığı da işe yaramaz ve çok büyük kök sistemine yol açabilir.Yani bitkilerde dengesiz bir kuru madde dağılımı vardır.Kök sistemi çok büyük olduğu için solunum yoluyla gereksiz kayıplar meydana gelir ve kaybedilen enerjinin bu kısmı bitkinin hasat kısmı için kullanılmış olabilir.Daha yüksek substrat sıcaklığında, çözünmüş oksijen içeriği daha düşüktür, bu da kök ortamındaki oksijen içeriği üzerinde mikroorganizmalar tarafından tüketilen oksijenden çok daha büyük bir etkiye sahiptir.Kök sistemi çok fazla oksijen tüketir ve hatta zayıf substrat veya toprak yapısı durumunda hipoksiye yol açarak su ve iyonların emilimini azaltır.

Matrisin makul su tutma kapasitesini koruyun.

Su içeriği ile matristeki oksijen içeriği yüzdesi arasında negatif bir ilişki vardır.Su içeriği arttığında, oksijen içeriği azalır ve bunun tersi de geçerlidir.Matristeki su içeriği ile oksijen arasında kritik bir aralık vardır, yani %80~%85 su içeriği (Şekil 5).Substrattaki su içeriğinin %85'in üzerinde uzun süreli olarak muhafaza edilmesi, oksijen kaynağını etkileyecektir.Oksijen kaynağının çoğu (%75~%90) matristeki gözeneklerden geçer.

Sulamanın substrattaki oksijen içeriğine eklenmesi

Daha fazla güneş ışığı, köklerde daha fazla oksijen tüketimine ve daha düşük oksijen konsantrasyonuna yol açacaktır (Şekil 6) ve daha fazla şeker, gece oksijen tüketimini daha yüksek hale getirecektir.Terleme güçlüdür, su emilimi yüksektir ve substratta daha fazla hava ve daha fazla oksijen vardır.Şekil 7'nin solundan görülebileceği gibi, substratın su tutma kapasitesi yüksek ve hava içeriği çok düşükse, sulamadan sonra substrattaki oksijen içeriği biraz artacaktır.Şek.Şekil 7'de gösterildiği gibi, nispeten daha iyi aydınlatma koşulu altında, daha fazla su emme (aynı sulama süreleri) nedeniyle alt tabakadaki hava içeriği artar.Sulamanın substrattaki oksijen içeriği üzerindeki nispi etkisi, substrattaki su tutma kapasitesinden (hava içeriği) çok daha azdır.

Tartışmak

Fiili üretimde, bitki kök ortamındaki oksijen (hava) içeriği kolayca gözden kaçırılır, ancak bitkilerin normal büyümesini ve köklerin sağlıklı gelişimini sağlamak için önemli bir faktördür.

Bitkisel üretim sırasında maksimum verimin alınabilmesi için kök sistem ortamının mümkün olduğunca en iyi durumda korunması çok önemlidir.Çalışmalar göstermiştir ki, O₂kök sistem ortamındaki içeriğin 4 mg/L'nin altında olması mahsulün büyümesi üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olacaktır.O₂kök ortamındaki içerik esas olarak sulamadan (sulama miktarı ve sıklığı), substrat yapısından, substrat su içeriğinden, sera ve substrat sıcaklığından etkilenir ve farklı ekim modelleri farklı olacaktır.Algler ve mikroorganizmalar da hidroponik bitkilerin kök ortamındaki oksijen içeriği ile belirli bir ilişkiye sahiptir.Hipoksi sadece bitkilerin yavaş gelişmesine neden olmakla kalmaz, aynı zamanda kök patojenlerinin (pythium, phytophthora, fusarium) kök büyümesi üzerindeki baskısını da arttırır.

Sulama stratejisinin O üzerinde önemli bir etkisi vardır.₂Substrattaki içerik ve aynı zamanda ekim sürecinde daha kontrol edilebilir bir yoldur.Bazı gül ekimi çalışmaları, substrattaki su içeriğini yavaşça artırmanın (sabahları) daha iyi bir oksijen durumu elde edebileceğini bulmuştur.Düşük su tutma kapasitesine sahip substratta, substrat yüksek oksijen içeriğini koruyabilir ve aynı zamanda, daha yüksek sulama sıklığı ve daha kısa aralık ile substratlar arasındaki su içeriği farkından kaçınmak gerekir.Alt tabakaların su tutma kapasitesi ne kadar düşükse, alt tabakalar arasındaki fark o kadar büyük olur.Nemli alt tabaka, daha düşük sulama sıklığı ve daha uzun aralık, daha fazla hava değişimi ve uygun oksijen koşulları sağlar.

Alt tabakanın drenajı, alt tabakanın tipine ve su tutma kapasitesine bağlı olarak, alt tabakadaki yenileme hızı ve oksijen konsantrasyonu gradyanı üzerinde büyük etkiye sahip olan diğer bir faktördür.İrigasyon sıvısı substratın altında çok uzun süre kalmamalı, oksijenle zenginleştirilmiş taze sulama suyunun tekrar substratın dibine ulaşabilmesi için hızlı bir şekilde boşaltılmalıdır.Drenaj hızı, alt tabakanın boyuna ve genişlik yönlerindeki eğimi gibi bazı nispeten basit önlemlerden etkilenebilir.Eğim ne kadar büyük olursa, drenaj hızı o kadar hızlı olur.Farklı alt tabakaların farklı açıklıkları vardır ve çıkış sayısı da farklıdır.

SON

[alıntı bilgisi]

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