13 Ocak 2023'te 17: 30'da Pekin'de yayınlanan sera bahçesinin tarım mühendisliği teknolojisi.

Çoğu besin elemanının emilimi, bitki köklerinin metabolik aktiviteleri ile yakından ilişkili bir süreçtir. Bu süreçler kök hücre solunumu ile üretilen enerjiyi gerektirir ve su emilimi de sıcaklık ve solunum ile düzenlenir ve solunum 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 substrat yapısı kök ortamındaki hava içeriğini belirler. Sulama, farklı su içeriği durumlarına sahip substratlarda oksijen içeriğinin yenilenmesi ve takviyesinde büyük farklılıklar vardır. Kök ortamında oksijen içeriğini optimize etmek için birçok faktör vardır, ancak her bir faktörün etki derecesi oldukça farklıdır. Makul substrat su tutma kapasitesinin (hava içeriği) korunması, kök ortamında yüksek oksijen içeriğinin korunmasının öncüsüdür.

Sıcaklık ve tuzluluğun çözeltide doymuş oksijen içeriği üzerindeki etkileri

Suda çözünmüş oksijen içeriği

Çözünmüş oksijen, sudaki bağlı olmayan veya serbest oksijen içinde çözünür ve sudaki çözünmüş oksijen içeriği, doymuş oksijen içeriği olan belirli bir sıcaklıkta maksimuma ulaşacaktır. 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 çözeltilerinin doymuş oksijen içeriği farklı olacaktır.

Matrix'e oksijen taşınması

Sera mahsul köklerinin besin çözeltisinden alabileceği oksijen serbest bir durumda olmalı ve oksijen, su ve su ve su yoluyla substratta köklerin etrafındaki taşınmalıdır. Belirli bir sıcaklıkta havadaki oksijen içeriği ile dengede olduğunda, suda çözünmüş oksijen maksimuma ulaşır ve havadaki oksijen içeriğinin değişimi sudaki oksijen içeriğinin orantılı değişmesine yol açacaktır.

Kök ortamındaki hipoksi stresinin bitkiler üzerindeki etkileri

Kök hipoksinin 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 korumak için gereken oksijen, sıcaklığın artmasıyla artar. Ayrıca, besin emilim miktarı yaz aylarında daha yüksektir, bu nedenle besin emilimi için oksijen talebi daha yüksektir. Kök ortamında oksijen içeriğinin azalmasına ve kök ortamda hipoksiye yol açan etkili takviye eksikliğine yol açar.

Emilim ve büyüme

En önemli besin maddelerinin emilimi, kök hücre solunumu ile üretilen enerjiyi, yani fotosentetik ürünlerin oksijen varlığında ayrışmasını gerektiren kök metabolizması ile yakından ilişkili süreçlere bağlıdır. Çalışmalar, domates bitkilerinin toplam asimilatlarının% 10 ~% 20'sinin köklerde kullanıldığını göstermiştir, bunların% 50'si besin iyonu emilimi için kullanılır, büyüme için% 40 ve bakım için sadece% 10'dur. Kökler, CO'yu serbest bıraktıkları doğrudan ortamda oksijen bulmalıdır₂. Substratlarda ve hidroponiklerde zayıf ventilasyonun neden olduğu anaerobik koşullar altında, hipoksi su ve besinlerin emilimini etkileyecektir. Hipoksi, besin maddelerinin aktif emilimine, yani nitrat (hayır₃^-), potasyum (k) ve fosfat (po₄^3-), kalsiyum (Ca) ve magnezyumun (Mg) pasif emilimine müdahale edecektir.

Bitki kökü 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 veya hatta durur. Kısmi kök hipoksi sadece dalları ve yaprakları etkilerse, kök sistemi kök sisteminin bir nedenden dolayı artık lokal emilimini artırarak aktif olmayan kısmını telafi edebilir.

Bitki metabolik mekanizması elektron alıcısı olarak oksijene bağlıdır. Oksijen olmadan ATP üretimi duracaktır. ATP olmadan, köklerden protonların çıkışı duracak, kök hücrelerinin hücre özü asidik olacak ve bu hücreler birkaç saat içinde ölecek. Geçici ve kısa süreli hipoksi bitkilerde geri dönüşü olmayan beslenme stresine neden olmaz. “Nitrat solunumu” mekanizması nedeniyle, kök hipoksi sırasında alternatif bir yol olarak hipoksi ile başa çıkmak için kısa süreli bir adaptasyon olabilir. Bununla birlikte, uzun süreli hipoksi, yavaş büyüme, yaprak bölgesi azalmasına ve taze ve kuru ağırlığa yol açacak, bu da mahsul veriminde önemli bir düşüşe yol açacaktır.

Etilen

Bitkiler, çok fazla stres altında etilen oluşturacaktır. Genellikle, etilen toprak havasına yayılarak köklerden çıkarılır. Su basması meydana geldiğinde, etilen oluşumu sadece artmakla kalmayacak, aynı zamanda kökler su ile çevrili olduğu için difüzyon büyük ölçüde azalacaktır. Etilen konsantrasyonunun artması, köklerde havalandırma dokusunun oluşumuna yol açacaktır (Şekil 2). Etilen ayrıca yaprak yaşlanmasına neden olabilir ve etilen ve oksin arasındaki etkileşim maceracı köklerin oluşumunu artıracaktır.

Oksijen stresi, yaprak büyümesinin azalmasına yol açar

ABA, çeşitli çevresel streslerle başa çıkmak için köklerde ve yapraklarda üretilir. Kök ortamda, strese tipik yanıt, ABA oluşumunu içeren stomatal kapanır. Stomalar kapatılmadan önce, bitkinin üstü şişlik basıncı kaybeder, üst yapraklar solarır ve fotosentetik verimlilik de azalabilir. Birçok çalışma, stomaların, kapanarak Apoplast'ta ABA konsantrasyonunun artmasına yanıt verdiğini, yani hücre içi ABA'yı serbest bırakarak, bitkilerdeki toplam ABA içeriğinin apoplast ABA konsantrasyonunu çok hızlı bir şekilde artırabileceğini göstermiştir. Bitkiler çevresel stres altındayken, hücrelerde ABA'yı serbest bırakmaya başlarlar ve kök salım sinyali saatler yerine birkaç dakika içinde iletilebilir. Yaprak dokusunda ABA'nın artması, hücre duvarının uzamasını azaltabilir ve yaprak uzamasının azalmasına yol açabilir. Hipoksinin bir başka etkisi, tüm yaprakları etkileyecek olan yaprakların ömrünün kısaltılmasıdır. Hipoksi genellikle sitokinin ve nitrat taşınmasının azalmasına yol açar. Azot veya sitokinin eksikliği, yaprak alanının bakım süresini kısaltacak ve birkaç gün içinde dal ve yaprakların büyümesini durduracaktır.

Mahsul kök sisteminin oksijen ortamının optimize edilmesi

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

Bitkilerin kök sistemi bitki büyümesi ve bitki hastalığı direnci için çok önemlidir. Su ve besin maddeleri bitkilerin ihtiyaçlarına göre emilecektir. Bununla birlikte, kök ortamındaki oksijen seviyesi büyük ölçüde besinlerin ve suyun emilim etkinliğini ve kök sisteminin kalitesini belirler. Kök sistemi ortamında yeterli oksijen seviyesi kök sisteminin sağlığını sağlayabilir, böylece bitkiler patojenik mikroorganizmalara karşı daha iyi direnç gösterir (Şekil 3). Substrattaki yeterli oksijen seviyesi de anaerobik durum riskini en aza indirir, böylece patojenik mikroorganizmalar riskini en aza indirir.

Kök ortamında oksijen tüketimi

Mahsullerin maksimum oksijen tüketimi 40mg/m2/s 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 talebini karşılamak için her saat 5L su verilmelidir, ancak aslında bir günde sulama miktarına ulaşılamayabilir. Bu, sulama ile sağlanan oksijenin sadece küçük bir rol oynadığı anlamına gelir. Oksijen kaynağının çoğu, kök bölgesine matristeki gözenekler aracılığıyla ulaşır ve günün saatine bağlı olarak oksijen arzının gözenekler yoluyla katkısı%90 kadar yüksektir. Bitkilerin buharlaşması maksimuma ulaştığında, sulama miktarı da 1 ~ 1.5L/m2/s'ye eşdeğer olan maksimuma ulaşır. Sulama suyu 7 mg/L oksijen içeriyorsa, kök bölgesi için 7 ~ 11 mg/m2/s oksijen sağlayacaktır. Bu, talebin% 17'sine eşdeğerdir. Tabii ki, bu sadece substrattaki oksijen fakir sulama suyunun yerine taze sulama suyu ile değiştirilmesi için geçerlidir.

Kök tüketimine ek olarak, kök ortamındaki mikroorganizmalar da oksijen tüketir. Bunu ölçmek zordur çünkü bu açıdan herhangi bir ölçüm yapılmamıştır. Her yıl yeni substratlar değiştirildiğinden, mikroorganizmaların oksijen tüketiminde nispeten küçük bir rol oynadığı varsayılabilir.

Köklerin çevresel sıcaklığını optimize edin

Kök sisteminin çevresel sıcaklığı, kök sisteminin normal büyümesi ve fonksiyonu için çok önemlidir ve aynı zamanda su ve besin maddelerinin kök sistemi ile emilimini etkileyen önemli bir faktördür.

Çok düşük substrat sıcaklığı (kök sıcaklığı) su emiliminde zorluğa yol açabilir. 5 ℃ 'de, emilim 20 ℃'den% 70 ~% 80 daha düşüktür. Düşük substrat sıcaklığına yüksek sıcaklık eşlik ederse, bitki solmasına yol açacaktır. İyon emilimi, düşük sıcaklıkta iyon emilimini inhibe eden sıcaklığa bağlıdır ve farklı besin elemanlarının sıcaklığa duyarlılığı farklıdır.

Çok yüksek substrat sıcaklığı da işe yaramaz ve çok büyük kök sistemine yol açabilir. Başka bir deyişle, bitkilerde kuru maddenin dengesiz bir dağılımı vardır. Kök sistemi çok büyük olduğundan, solunum yoluyla gereksiz kayıplar meydana gelecektir 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 fazla etkiye sahiptir. Kök sistemi çok fazla oksijen tüketir ve hatta zayıf substrat veya toprak yapısı durumunda hipoksiye yol açar, böylece su ve iyonların emilimini azaltır.

Matrisin makul su tutma kapasitesini koruyun.

Su içeriği ile matristeki oksijenin yüzdesi içeriği arasında negatif bir korelasyon vardır. Su içeriği arttığında, oksijen içeriği azalır ve bunun tersi de geçerlidir. Matrix'te su içeriği ve oksijen arasında kritik bir aralık vardır, yani% 80 ~% 85 su içeriği (Şekil 5). Substratta% 85'in üzerinde su içeriğinin uzun süreli bakımı oksijen kaynağını etkileyecektir. Oksijen kaynağının çoğu (%75 ~%90) matristeki gözenekler arasındadır.

Substratta 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 geceleri oksijen tüketimini daha yüksek hale getirecektir. Terleme güçlüdür, su emilimi büyüktür ve substratta daha fazla hava ve daha fazla oksijen vardır. Şekil 7'nin solundan substrattaki oksijen içeriğinin, substratın su tutma kapasitesinin yüksek ve hava içeriğinin çok düşük olması koşuluyla sulamadan sonra biraz artacağı görülebilir. Şek. 7, nispeten daha iyi aydınlatma koşulu altında, substrattaki hava içeriği daha fazla su emilimi (aynı sulama süreleri) nedeniyle artar. Sulamanın substrattaki oksijen içeriği üzerindeki göreceli etkisi, substrattaki su tutma kapasitesinden (hava içeriği) çok daha azdır.

Tartışmak

Gerçek üretimde, mahsul kök ortamında oksijen (AIR) içeriği kolayca göz ardı edilir, ancak mahsullerin normal büyümesini ve köklerin sağlıklı gelişimini sağlamak için önemli bir faktördür.

Mahsul üretimi sırasında maksimum verimi elde etmek için, kök sistemi ortamını mümkün olduğunca en iyi durumda korumak çok önemlidir. Çalışmalar, o₂4 mg/L'nin altındaki kök sistemi ortamındaki içeriğin mahsul büyümesi üzerinde olumsuz bir etkisi olacaktır. O₂Kök ortamdaki içerik esas olarak sulama (sulama miktarı ve frekans), substrat yapısı, substrat su içeriği, sera ve substrat sıcaklığı ve farklı ekim modellerinden etkilenir. Yosun ve mikroorganizmalar ayrıca hidroponik mahsullerin kök ortamındaki oksijen içeriği ile belirli bir ilişkiye sahiptir. Hipoksi sadece bitkilerin yavaş gelişimine neden olmakla kalmaz, aynı zamanda kök büyümesi üzerindeki kök patojenlerinin (pythium, Phytophthora, fusarium) basıncını da arttırır.

Sulama stratejisinin O üzerinde önemli bir etkisi vardır.₂alt tabakadaki içerik ve aynı zamanda ekim işleminde daha kontrol edilebilir bir yoldur. Bazı gül dikim çalışmaları, substrattaki (sabah) su içeriğinin yavaşça arttırılmasının 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 frekansı ve daha kısa aralıklarla substratlar arasındaki su içeriğinin farkından kaçınmak gerekir. Substratların su tutma kapasitesi ne kadar düşük olursa, substratlar arasındaki fark o kadar büyük olur. Nemli substrat, daha düşük sulama frekansı ve daha uzun aralık daha fazla hava replasmanı ve uygun oksijen koşulları sağlar.

Substratın drenajı, substratın tip ve su tutma kapasitesine bağlı olarak, substrattaki yenileme hızı ve oksijen konsantrasyon gradyanı üzerinde büyük bir etkiye sahip olan bir başka faktördür. Sulama sıvısı, substratın dibinde çok uzun süre kalmamalı, ancak taze oksijenle zenginleştirilmiş sulama suyunun substratın dibine tekrar ulaşabilmesi için hızlı bir şekilde boşaltılmalıdır. Drenaj hızı, uzunlamasına ve genişlik yönlerindeki substratın gradyanı gibi nispeten basit önlemlerden etkilenebilir. Gradyan ne kadar büyük olursa, drenaj hızı o kadar hızlı olur. Farklı substratların farklı açıklıkları vardır ve çıkış sayısı da farklıdır.

SON

[Alıntı Bilgileri]

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