Agrarische technische technologie van tuinbouw in kassenGepubliceerd in Beijing om 17:30 op 13 januari 2023.

De opname van de meeste voedingselementen is een proces dat nauw verband houdt met de metabolische activiteiten van plantenwortels.Deze processen vereisen energie die wordt gegenereerd door de ademhaling van de wortelcellen, en de wateropname wordt ook gereguleerd door temperatuur en ademhaling, en de ademhaling vereist de deelname van zuurstof, dus zuurstof in de wortelomgeving heeft een vitale invloed op de normale groei van gewassen.Het opgeloste zuurstofgehalte in water wordt beïnvloed door temperatuur en zoutgehalte, en de structuur van het substraat bepaalt het luchtgehalte in het wortelmilieu.Irrigatie heeft grote verschillen in de vernieuwing en aanvulling van het zuurstofgehalte in substraten met verschillende watergehaltes.Er zijn veel factoren om het zuurstofgehalte in het wortelmilieu te optimaliseren, maar de mate van invloed van elke factor is nogal verschillend.Het handhaven van een redelijk substraatwaterhoudend vermogen (luchtgehalte) is het uitgangspunt van het handhaven van een hoog zuurstofgehalte in het wortelmilieu.

Effecten van temperatuur en zoutgehalte op het verzadigde zuurstofgehalte in oplossing

Opgelost zuurstofgehalte in water

Opgeloste zuurstof wordt opgelost in ongebonden of vrije zuurstof in water en het gehalte aan opgeloste zuurstof in water zal het maximum bereiken bij een bepaalde temperatuur, wat het verzadigde zuurstofgehalte is.Het verzadigde zuurstofgehalte in water verandert met de temperatuur en wanneer de temperatuur stijgt, neemt het zuurstofgehalte af.Het verzadigde zuurstofgehalte van helder water is hoger dan dat van zouthoudend zeewater (Figuur 1), dus het verzadigde zuurstofgehalte van voedingsoplossingen met verschillende concentraties zal verschillen.

Transport van zuurstof in matrix

De zuurstof die de wortels van kasgewassen uit de voedingsoplossing kunnen halen, moet in vrije toestand zijn en zuurstof wordt in het substraat getransporteerd door lucht en water en water rond de wortels.Wanneer het in evenwicht is met het zuurstofgehalte in lucht bij een bepaalde temperatuur, bereikt de zuurstof opgelost in water het maximum en zal de verandering van het zuurstofgehalte in lucht leiden tot de evenredige verandering van het zuurstofgehalte in water.

Effecten van hypoxiestress in het wortelmilieu op gewassen

Oorzaken van wortelhypoxie

Er zijn verschillende redenen waarom het risico op hypoxie in hydrocultuur- en substraatteeltsystemen in de zomer groter is.Allereerst zal het verzadigde zuurstofgehalte in water afnemen naarmate de temperatuur stijgt.Ten tweede neemt de zuurstof die nodig is om de wortelgroei in stand te houden toe met de stijging van de temperatuur.Bovendien is de opname van voedingsstoffen hoger in de zomer, waardoor de zuurstofbehoefte voor de opname van voedingsstoffen hoger is.Het leidt tot een afname van het zuurstofgehalte in het wortelmilieu en het ontbreken van een effectieve aanvulling, wat leidt tot hypoxie in het wortelmilieu.

Absorptie en groei

De opname van de meeste essentiële voedingsstoffen hangt af van de processen die nauw verband houden met het wortelmetabolisme, waarvoor de energie nodig is die wordt gegenereerd door de ademhaling van de wortelcellen, dat wil zeggen de afbraak van fotosynthetische producten in aanwezigheid van zuurstof.Studies hebben aangetoond dat 10%~20% van de totale assimilaten van tomatenplanten worden gebruikt in wortels, waarvan 50% wordt gebruikt voor de opname van voedingsionen, 40% voor groei en slechts 10% voor onderhoud.Wortels moeten zuurstof vinden in de directe omgeving waar ze CO afgeven₂.Onder anaerobe omstandigheden veroorzaakt door slechte ventilatie in substraten en hydrocultuur, zal hypoxie de opname van water en voedingsstoffen beïnvloeden.Hypoxie reageert snel op de actieve opname van voedingsstoffen, namelijk nitraat (NO₃^-), kalium (K) en fosfaat (PO₄^3-), wat de passieve opname van calcium (Ca) en magnesium (Mg) verstoort.

Plantenwortelgroei heeft energie nodig, normale wortelactiviteit heeft de laagste zuurstofconcentratie nodig en de zuurstofconcentratie onder de COP-waarde wordt een factor die het wortelcelmetabolisme beperkt (hypoxie).Bij een laag zuurstofgehalte vertraagt ​​of stopt de groei zelfs.Als gedeeltelijke wortelhypoxie alleen takken en bladeren aantast, kan het wortelstelsel het deel van het wortelstelsel dat om de een of andere reden niet meer actief is, compenseren door de lokale opname te vergroten.

Het metabolisme van planten is afhankelijk van zuurstof als elektronenacceptor.Zonder zuurstof stopt de productie van ATP.Zonder ATP stopt de uitstroom van protonen uit de wortels, wordt het celsap van wortelcellen zuur en sterven deze cellen binnen enkele uren af.Tijdelijke en kortdurende hypoxie veroorzaakt geen onomkeerbare voedingsstress bij planten.Vanwege het "nitraatademhaling" -mechanisme kan het een kortetermijnaanpassing zijn om met hypoxie om te gaan als een alternatieve manier tijdens wortelhypoxie.Langdurige hypoxie zal echter leiden tot langzame groei, een kleiner bladoppervlak en een lager vers- en drooggewicht, wat zal leiden tot een aanzienlijke daling van de gewasopbrengst.

ethyleen

Planten zullen onder veel stress in situ ethyleen vormen.Gewoonlijk wordt ethyleen uit de wortels verwijderd door diffusie in de bodemlucht.Bij wateroverlast zal niet alleen de vorming van ethyleen toenemen, maar zal ook de diffusie sterk worden verminderd omdat de wortels omgeven zijn door water.De toename van de ethyleenconcentratie zal leiden tot de vorming van beluchtingsweefsel in de wortels (Figuur 2).Ethyleen kan ook bladveroudering veroorzaken, en de interactie tussen ethyleen en auxine zal de vorming van onvoorziene wortels vergroten.

Zuurstofstress leidt tot verminderde bladgroei

ABA wordt geproduceerd in wortels en bladeren om verschillende omgevingsstress het hoofd te bieden.In de wortelomgeving is de typische reactie op stress stomatale sluiting, waarbij ABA wordt gevormd.Voordat de huidmondjes zijn gesloten, verliest de top van de plant zweldruk, verwelken de bovenste bladeren en kan ook de fotosynthese-efficiëntie afnemen.Veel onderzoeken hebben aangetoond dat de huidmondjes reageren op de toename van de ABA-concentratie in apoplast door het totale ABA-gehalte in niet-bladeren te sluiten door intracellulaire ABA vrij te geven. Planten kunnen de concentratie van apoplast ABA zeer snel verhogen.Wanneer planten onder omgevingsstress staan, beginnen ze ABA in cellen af ​​te geven en kan het signaal voor het loslaten van de wortels binnen enkele minuten in plaats van uren worden verzonden.De toename van ABA in bladweefsel kan de verlenging van de celwand verminderen en leiden tot een afname van de bladverlenging.Een ander effect van hypoxie is dat de levensduur van bladeren wordt verkort, wat alle bladeren zal beïnvloeden.Hypoxie leidt meestal tot een afname van het transport van cytokinine en nitraat.Gebrek aan stikstof of cytokinine verkort de onderhoudstijd van het bladoppervlak en stopt de groei van takken en bladeren binnen enkele dagen.

Optimalisatie van de zuurstofomgeving van het wortelstelsel van gewassen

De eigenschappen van de ondergrond zijn bepalend voor de verdeling van water en zuurstof.De zuurstofconcentratie in het wortelmilieu van kasgroenten hangt vooral samen met het waterhoudend vermogen van substraat, irrigatie (grootte en frequentie), substraatstructuur en substraatstrooktemperatuur.Alleen wanneer het zuurstofgehalte in het wortelmilieu minimaal boven de 10% (4~5mg/L) ligt, kan de wortelactiviteit in de beste staat worden gehouden.

Het wortelgestel van gewassen is erg belangrijk voor de plantengroei en de weerstand tegen plantenziekten.Water en voedingsstoffen worden opgenomen volgens de behoeften van planten.Het zuurstofgehalte in het wortelmilieu bepaalt echter grotendeels de opname-efficiëntie van voedingsstoffen en water en de kwaliteit van het wortelstelsel.Voldoende zuurstof in de omgeving van het wortelsysteem kan de gezondheid van het wortelsysteem waarborgen, zodat planten beter bestand zijn tegen ziekteverwekkende micro-organismen (Figuur 3).Adequaat zuurstofgehalte in het substraat minimaliseert ook het risico op anaerobe omstandigheden, en daarmee het risico op pathogene micro-organismen.

Zuurstofverbruik in wortelmilieu

Het maximale zuurstofverbruik van gewassen kan oplopen tot 40mg/m2/h (verbruik is afhankelijk van het gewas).Afhankelijk van de temperatuur kan het irrigatiewater tot 7~8mg/L zuurstof bevatten (Figuur 4).Om 40 mg te bereiken, moet elk uur 5 liter water worden gegeven om aan de zuurstofbehoefte te voldoen, maar in feite kan de irrigatiehoeveelheid op één dag niet worden bereikt.Dit betekent dat de zuurstofvoorziening door irrigatie slechts een kleine rol speelt.Het grootste deel van de zuurstoftoevoer bereikt de wortelzone via poriën in de matrix, en de bijdrage van de zuurstoftoevoer via poriën kan oplopen tot 90%, afhankelijk van het tijdstip van de dag.Wanneer de verdamping van planten het maximum bereikt, bereikt de irrigatiehoeveelheid ook het maximum, wat overeenkomt met 1~1,5L/m2/h.Als het irrigatiewater 7mg/L zuurstof bevat, levert het 7~11mg/m2/h zuurstof voor de wortelzone.Dit komt overeen met 17%~25% van de vraag.Dit geldt natuurlijk alleen voor de situatie dat het zuurstofarme gietwater in het substraat wordt vervangen door vers gietwater.

Naast het verbruik van wortels verbruiken micro-organismen in het wortelmilieu ook zuurstof.Dit is moeilijk te kwantificeren omdat hier geen meting voor is gedaan.Aangezien elk jaar nieuwe substraten worden vervangen, kan worden aangenomen dat micro-organismen een relatief kleine rol spelen in het zuurstofverbruik.

Optimaliseer de omgevingstemperatuur van wortels

De omgevingstemperatuur van het wortelsysteem is erg belangrijk voor de normale groei en functie van het wortelsysteem, en het is ook een belangrijke factor die de opname van water en voedingsstoffen door het wortelsysteem beïnvloedt.

Een te lage substraattemperatuur (worteltemperatuur) kan leiden tot problemen met de wateropname.Bij 5℃ is de absorptie 70%~80% lager dan bij 20℃.Als een lage substraattemperatuur gepaard gaat met een hoge temperatuur, leidt dit tot verwelking van de plant.De ionenabsorptie is uiteraard afhankelijk van de temperatuur, wat de ionenabsorptie bij lage temperatuur remt, en de gevoeligheid van verschillende voedingselementen voor temperatuur is verschillend.

Een te hoge substraattemperatuur heeft ook geen zin en kan leiden tot een te groot wortelgestel.Er is met andere woorden een onevenwichtige verdeling van droge stof in planten.Omdat het wortelstelsel te groot is, zullen er onnodige verliezen optreden door de ademhaling, en dit deel van de verloren energie had kunnen worden gebruikt voor het oogstgedeelte van de plant.Bij een hogere substraattemperatuur is het gehalte aan opgeloste zuurstof lager, wat een veel grotere impact heeft op het zuurstofgehalte in het wortelmilieu dan het zuurstofverbruik van micro-organismen.Het wortelsysteem verbruikt veel zuurstof en leidt zelfs tot hypoxie bij een slechte substraat- of bodemstructuur, waardoor de opname van water en ionen wordt verminderd.

Zorg voor een redelijk waterhoudend vermogen van de matrix.

Er is een negatieve correlatie tussen het watergehalte en het percentage zuurstof in de matrix.Wanneer het watergehalte toeneemt, neemt het zuurstofgehalte af en vice versa.Er is een kritiek bereik tussen watergehalte en zuurstof in de matrix, dat wil zeggen 80%~85% watergehalte (Figuur 5).Langdurig onderhoud van een watergehalte van meer dan 85% in het substraat zal de zuurstoftoevoer beïnvloeden.De meeste zuurstoftoevoer (75%~90%) vindt plaats via de poriën in de matrix.

Aanvulling van irrigatie op zuurstofgehalte in substraat

Meer zonlicht leidt tot een hoger zuurstofverbruik en een lagere zuurstofconcentratie in de wortels (Figuur 6), en meer suiker zorgt voor een hoger zuurstofverbruik 's nachts.De transpiratie is sterk, de wateropname is groot en er is meer lucht en meer zuurstof in het substraat.Aan de linkerkant van figuur 7 is te zien dat het zuurstofgehalte in het substraat iets zal toenemen na irrigatie onder de voorwaarde dat het waterhoudend vermogen van het substraat hoog is en het luchtgehalte zeer laag.Zoals rechts op afb.7, onder de voorwaarde van relatief betere verlichting, neemt het luchtgehalte in het substraat toe door meer wateropname (dezelfde irrigatietijden).De relatieve invloed van irrigatie op het zuurstofgehalte in het substraat is veel kleiner dan het waterhoudend vermogen (luchtgehalte) in het substraat.

Bespreken

Bij de daadwerkelijke productie wordt het zuurstofgehalte (lucht) in het wortelmilieu van het gewas gemakkelijk over het hoofd gezien, maar het is een belangrijke factor om de normale groei van gewassen en de gezonde ontwikkeling van wortels te waarborgen.

Om tijdens de gewasproductie de maximale opbrengst te behalen, is het van groot belang om het wortelsysteemmilieu in de best mogelijke conditie te houden.Studies hebben aangetoond dat de O₂inhoud in de omgeving van het wortelsysteem van minder dan 4 mg/L zal een negatieve invloed hebben op de groei van gewassen.De O₂Het gehalte in het wortelmilieu wordt voornamelijk beïnvloed door irrigatie (hoeveelheid en frequentie van irrigatie), substraatstructuur, substraatwatergehalte, kas- en substraattemperatuur, en verschillende plantpatronen zullen verschillen.Algen en micro-organismen hebben ook een bepaalde relatie met het zuurstofgehalte in het wortelmilieu van hydrocultuurgewassen.Hypoxie veroorzaakt niet alleen een langzame ontwikkeling van planten, maar verhoogt ook de druk van wortelpathogenen (pythium, phytophthora, fusarium) op de wortelgroei.

De irrigatiestrategie heeft een grote invloed op de O₂inhoud in het substraat, en het is ook een meer controleerbare manier in het plantproces.Sommige onderzoeken naar het planten van rozen hebben aangetoond dat het langzaam verhogen van het watergehalte in het substraat (in de ochtend) een betere zuurstoftoestand kan krijgen.In het substraat met een laag waterhoudend vermogen kan het substraat een hoog zuurstofgehalte behouden en tegelijkertijd is het noodzakelijk om het verschil in watergehalte tussen substraten te vermijden door een hogere irrigatiefrequentie en kortere tussenpozen.Hoe lager het waterhoudend vermogen van substraten, hoe groter het verschil tussen de substraten.Vochtige ondergrond, lagere irrigatiefrequentie en langer interval zorgen voor meer luchtverversing en gunstige zuurstofcondities.

De drainage van de ondergrond is een andere factor die een grote invloed heeft op de vernieuwingssnelheid en de zuurstofconcentratiegradiënt in de ondergrond, afhankelijk van het type en het waterhoudend vermogen van de ondergrond.Gietvloeistof mag niet te lang onderin het substraat blijven staan, maar moet snel afgevoerd worden zodat vers zuurstofrijk gietwater weer de bodem van het substraat kan bereiken.De drainagesnelheid kan worden beïnvloed door enkele relatief eenvoudige maatregelen, zoals het afschot van de ondergrond in de lengte- en breedterichting.Hoe groter de helling, hoe hoger de afvoersnelheid.Verschillende substraten hebben verschillende openingen en ook het aantal uitlaten is verschillend.

EINDE

[citatie-informatie]

Xie Yuanpei.Effecten van omgevingszuurstofgehalte in wortels van kasgewassen op gewasgroei [J].Landbouwtechnische technologie, 2022,42(31):21-24.