Kasvihuonepuutarhanhoidon maataloustekninen teknologiaJulkaistu Pekingissä klo 17.30 13.1.2023.

Useimpien ravintoaineiden imeytyminen on prosessi, joka liittyy läheisesti kasvin juurien metaboliseen toimintaan.Nämä prosessit vaativat juurisoluhengityksen tuottamaa energiaa, ja veden imeytymistä säätelevät myös lämpötila ja hengitys, ja hengittäminen edellyttää hapen osallistumista, joten juuriympäristön hapella on elintärkeä vaikutus sadon normaaliin kasvuun.Veden liuenneen hapen pitoisuuteen vaikuttavat lämpötila ja suolapitoisuus, ja substraatin rakenne määrää ilmapitoisuuden juuriympäristössä.Kastelulla on suuria eroja happipitoisuuden uudistamisessa ja täydentämisessä erilaisilla vesipitoisuuksilla olevissa alustoissa.Juuriympäristön happipitoisuuden optimoimiseksi on monia tekijöitä, mutta kunkin tekijän vaikutusaste on melko erilainen.Kohtuullisen substraatin vedenpidätyskyvyn (ilmapitoisuuden) ylläpitäminen on edellytys korkean happipitoisuuden ylläpitämiselle juuriympäristössä.

Lämpötilan ja suolaisuuden vaikutukset tyydyttyneen happipitoisuuteen liuoksessa

Liuenneen happipitoisuus veteen

Liuennut happi liukenee veteen sitoutumattomaan tai vapaaseen happeen, ja vedessä liuenneen hapen pitoisuus saavuttaa maksiminsa tietyssä lämpötilassa, joka on tyydyttynyt happipitoisuus.Veden kylläinen happipitoisuus muuttuu lämpötilan mukaan, ja lämpötilan noustessa happipitoisuus pienenee.Kirkkaan veden kyllästetty happipitoisuus on korkeampi kuin suolapitoisen meriveden (kuva 1), joten eri pitoisuuksilla olevien ravinneliuosten kyllästetty happipitoisuus on erilainen.

Hapen kuljetus matriisissa

Hapen, jonka kasvihuonekasvien juuret voivat saada ravinneliuoksesta, on oltava vapaassa tilassa, ja happi kulkeutuu alustassa ilman ja veden ja veden kautta juurien ympärillä.Kun se on tasapainossa ilman happipitoisuuden kanssa tietyssä lämpötilassa, veteen liuennut happi saavuttaa maksiminsa ja ilman happipitoisuuden muutos johtaa suhteelliseen muutokseen veden happipitoisuudessa.

Hypoksiastressin vaikutukset juuriympäristössä kasveihin

Juuren hypoksian syyt

On useita syitä, miksi hypoksiariski hydroponiikka- ja substraattiviljelyjärjestelmissä on suurempi kesällä.Ensinnäkin veden kyllästetty happipitoisuus laskee lämpötilan noustessa.Toiseksi juuren kasvun ylläpitämiseen tarvittava happi lisääntyy lämpötilan noustessa.Lisäksi ravinteiden imeytymisen määrä on kesällä suurempi, joten hapen tarve ravinteiden imeytymiseen on suurempi.Se johtaa happipitoisuuden vähenemiseen juuriympäristössä ja tehokkaan lisäaineen puutteeseen, mikä johtaa hypoksiaan juuriympäristössä.

Imeytyminen ja kasvu

Tärkeimpien ravintoaineiden imeytyminen riippuu juurien aineenvaihduntaan läheisesti liittyvistä prosesseista, jotka vaativat juurisoluhengityksen tuottamaa energiaa eli fotosynteesituotteiden hajoamista hapen läsnä ollessa.Tutkimukset ovat osoittaneet, että 10–20 % tomaatin kasvien kokonaisassimilaateista käytetään juurissa, joista 50 % käytetään ravinteiden ionien imeytymiseen, 40 % kasvuun ja vain 10 % ylläpitoon.Juurien on löydettävä happea välittömästä ympäristöstä, jossa ne vapauttavat hiilidioksidia₂.Anaerobisissa olosuhteissa, jotka johtuvat substraattien huonosta ilmanvaihdosta ja hydroponiikasta, hypoksia vaikuttaa veden ja ravinteiden imeytymiseen.Hypoksialla on nopea vaste ravinteiden, nimittäin nitraattien (NO) aktiiviseen imeytymiseen₃^-), kalium (K) ja fosfaatti (PO₄^3-), joka häiritsee kalsiumin (Ca) ja magnesiumin (Mg) passiivista imeytymistä.

Kasvin juurten kasvu tarvitsee energiaa, normaali juurien aktiivisuus tarvitsee pienimmän happipitoisuuden ja COP-arvon alapuolella oleva happipitoisuus muuttuu juurisolujen aineenvaihduntaa rajoittavaksi tekijäksi (hypoksia).Kun happipitoisuus on alhainen, kasvu hidastuu tai jopa pysähtyy.Jos osittainen juuren hypoksia vaikuttaa vain oksiin ja lehtiin, juuristo voi kompensoida sen osan juuristosta, joka ei jostain syystä ole enää aktiivinen, lisäämällä paikallista imeytymistä.

Kasvien aineenvaihduntamekanismi riippuu hapesta elektronien vastaanottajana.Ilman happea ATP:n tuotanto pysähtyy.Ilman ATP:tä protonien ulosvirtaus juurista pysähtyy, juurisolujen solumehu muuttuu happamaksi ja nämä solut kuolevat muutamassa tunnissa.Väliaikainen ja lyhytaikainen hypoksia ei aiheuta peruuttamatonta ravitsemusstressiä kasveille."Nitraattihengitysmekanismin" vuoksi se voi olla lyhytaikainen sopeutuminen hypoksiaan selviytymiseen vaihtoehtoisena tapana juurihypoksian aikana.Pitkäaikainen hypoksia johtaa kuitenkin hitaaseen kasvuun, lehtipinta-alan pienenemiseen sekä tuore- ja kuivapainon laskuun, mikä johtaa sadon merkittävään laskuun.

Etyleeni

Kasvit muodostavat eteeniä in situ suuressa rasituksessa.Yleensä eteeni poistetaan juurista diffundoimalla maa-ilmaan.Kun vesi kastuu, eteenin muodostuminen ei vain lisäänty, vaan myös diffuusio vähenee huomattavasti, koska juuret ovat veden ympäröimiä.Eteenin pitoisuuden lisääntyminen johtaa ilmakudoksen muodostumiseen juurissa (kuva 2).Eteeni voi myös aiheuttaa lehtien vanhenemista, ja eteenin ja auksiinin välinen vuorovaikutus lisää satunnaisten juurien muodostumista.

Happistressi johtaa lehtien kasvun hidastumiseen

ABA:ta tuotetaan juurissa ja lehdissä selviytymään erilaisista ympäristön rasituksista.Juuriympäristössä tyypillinen reaktio stressiin on avanneen sulkeutuminen, johon liittyy ABA:n muodostuminen.Ennen kuin stomatat sulkeutuvat, kasvin yläosa menettää turpoamispaineen, ylälehdet kuihtuvat ja fotosynteesiteho voi myös heiketä.Monet tutkimukset ovat osoittaneet, että stomatat reagoivat ABA-pitoisuuden kasvuun apoplastissa sulkeutumalla, eli ABA:n kokonaispitoisuutta ei-lehdissä vapauttamalla solunsisäistä ABA:ta, kasvit voivat lisätä apoplastisen ABA:n pitoisuutta hyvin nopeasti.Kun kasvit ovat ympäristöstressissä, ne alkavat vapauttaa ABA:ta soluissa, ja juuren vapautumissignaali voidaan välittää minuuteissa tuntien sijaan.ABA:n lisääntyminen lehtikudoksessa voi vähentää soluseinän pidentymistä ja johtaa lehtien pidentymisen vähenemiseen.Toinen hypoksian vaikutus on, että lehtien elinikä lyhenee, mikä vaikuttaa kaikkiin lehtiin.Hypoksia johtaa yleensä sytokiniinin ja nitraattien kuljetuksen vähenemiseen.Typen tai sytokiniinin puute lyhentää lehtialueen ylläpitoaikaa ja pysäyttää oksien ja lehtien kasvun muutamassa päivässä.

Kasvin juurijärjestelmän happiympäristön optimointi

Substraatin ominaisuudet ovat ratkaisevia veden ja hapen jakautumisen kannalta.Kasvihuonevihannesten juuriympäristön happipitoisuus liittyy pääasiassa kasvualustan vedenpidätyskykyyn, kastelukykyyn (koko ja tiheys), kasvualustan rakenteeseen ja substraatin kaistaleen lämpötilaan.Vain silloin, kun juuriympäristön happipitoisuus on vähintään yli 10 % (4-5 mg/l), juuren aktiivisuus voidaan säilyttää parhaassa tilassa.

Kasvien juurijärjestelmä on erittäin tärkeä kasvien kasvulle ja kasvien tautien kestävyydelle.Vettä ja ravinteita imeytetään kasvien tarpeiden mukaan.Juuriympäristön happitaso määrää kuitenkin suurelta osin ravinteiden ja veden imeytystehokkuuden sekä juuriston laadun.Riittävä happitaso juuristoympäristössä voi varmistaa juuriston terveyden, jolloin kasveilla on parempi vastustuskyky patogeenisiä mikro-organismeja vastaan ​​(kuva 3).Riittävä happitaso alustassa minimoi myös anaerobisten olosuhteiden riskin ja minimoi siten patogeenisten mikro-organismien riskin.

Hapen kulutus juuriympäristössä

Viljelykasvien suurin hapenkulutus voi olla jopa 40 mg/m2/h (kulutus riippuu viljelykasveista).Lämpötilasta riippuen kasteluvesi voi sisältää jopa 7-8 mg/l happea (kuva 4).40 mg:n saavuttamiseksi on annettava 5 litraa vettä joka tunti hapentarpeen tyydyttämiseksi, mutta itse asiassa yhden päivän kastelumäärää ei välttämättä saavuteta.Tämä tarkoittaa, että kastelun tuottama happi on vain vähäinen.Suurin osa hapensaannista saavuttaa juurivyöhykkeen matriisin huokosten kautta, ja huokosten kautta tapahtuvan hapen saannin osuus on jopa 90 % vuorokaudenajasta riippuen.Kun kasvien haihdutus saavuttaa maksimin, myös kastelumäärä saavuttaa maksimin, joka vastaa 1-1,5 l/m2/h.Jos kasteluvesi sisältää 7mg/l happea, se tuottaa 7-11mg/m2/h happea juurialueelle.Tämä vastaa 17–25 prosenttia kysynnästä.Tämä koskee tietysti vain tilannetta, jossa substraatin happiköyhä kasteluvesi korvataan tuoreella kasteluvedellä.

Juurien kulutuksen lisäksi juuriympäristön mikro-organismit kuluttavat myös happea.Tätä on vaikea arvioida määrällisesti, koska tältä osin ei ole tehty mittauksia.Koska uusia substraatteja vaihdetaan joka vuosi, voidaan olettaa, että mikro-organismeilla on suhteellisen pieni rooli hapenkulutuksessa.

Optimoi juurien ympäristön lämpötila

Juuriston ympäristön lämpötila on erittäin tärkeä juuriston normaalille kasvulle ja toiminnalle, ja se on myös tärkeä tekijä, joka vaikuttaa juuriston veden ja ravinteiden imeytymiseen.

Liian alhainen alustan lämpötila (juuren lämpötila) voi vaikeuttaa veden imeytymistä.5 ℃:ssa absorptio on 70 % ~ 80 % pienempi kuin 20 ℃:ssa.Jos alustan alhaiseen lämpötilaan liittyy korkea lämpötila, se johtaa kasvien kuihtumiseen.Ionien absorptio riippuu luonnollisesti lämpötilasta, mikä estää ionien absorptiota alhaisessa lämpötilassa, ja eri ravintoaineiden herkkyys lämpötilalle on erilainen.

Liian korkea alustan lämpötila on myös hyödytön, ja se voi johtaa liian suureen juurijärjestelmään.Toisin sanoen kuiva-aineen jakautuminen kasveissa on epätasapainoinen.Koska juuristo on liian suuri, hengityksen kautta syntyy tarpeettomia häviöitä, ja tämä osa hukatusta energiasta olisi voitu käyttää kasvin sadonkorjuuosaan.Korkeammassa substraatin lämpötilassa liuenneen hapen pitoisuus on pienempi, millä on paljon suurempi vaikutus juuriympäristön happipitoisuuteen kuin mikro-organismien kuluttama happi.Juurijärjestelmä kuluttaa paljon happea ja johtaa jopa hypoksiaan, jos alusta tai maaperän rakenne on huono, mikä vähentää veden ja ionien imeytymistä.

Säilytä matriisin kohtuullinen vedenpidätyskyky.

Vesipitoisuuden ja matriisin happiprosenttiosuuden välillä on negatiivinen korrelaatio.Kun vesipitoisuus kasvaa, happipitoisuus pienenee ja päinvastoin.Matriisin vesipitoisuuden ja hapen välillä on kriittinen alue, eli 80 % ~ 85 % vesipitoisuus (kuva 5).Pitkäaikainen vesipitoisuuden ylläpito yli 85 % alustassa vaikuttaa hapen saantiin.Suurin osa hapensyötöstä (75 % ~ 90 %) tapahtuu matriisin huokosten kautta.

Kastelun lisäys substraatin happipitoisuuteen

Lisää auringonvaloa lisää hapenkulutusta ja alentaa happipitoisuutta juurissa (kuva 6), ja enemmän sokeria lisää hapenkulutusta yöllä.Hengitys on voimakasta, veden imeytyminen on suuri ja substraatissa on enemmän ilmaa ja happea.Kuvan 7 vasemmalta on nähtävissä, että substraatin happipitoisuus kasvaa hieman kastelun jälkeen sillä ehdolla, että alustan vedenpidätyskyky on korkea ja ilmapitoisuus erittäin alhainen.Kuten kuvan oikealla puolella näkyy.7, suhteellisen paremman valaistuksen olosuhteissa substraatin ilmapitoisuus kasvaa suuremman veden imeytymisen vuoksi (samat kasteluajat).Kastelun suhteellinen vaikutus alustan happipitoisuuteen on paljon pienempi kuin substraatin vedenpidätyskyky (ilmapitoisuus).

Keskustella

Varsinaisessa tuotannossa hapen (ilman) pitoisuus kasvin juuriympäristössä jää helposti huomiotta, mutta se on tärkeä tekijä sadon normaalin kasvun ja juurien terveen kehityksen varmistamiseksi.

Maksimisadon saamiseksi kasvinviljelyn aikana on erittäin tärkeää suojella juuristoympäristöä mahdollisimman hyvässä kunnossa.Tutkimukset ovat osoittaneet, että O₂pitoisuudella juuristoympäristössä alle 4 mg/l on negatiivinen vaikutus sadon kasvuun.O₂juuriympäristön sisältöön vaikuttavat pääasiassa kastelu (kastelumäärä ja -tiheys), kasvualustan rakenne, substraatin vesipitoisuus, kasvihuoneen ja alustan lämpötila, ja erilaiset istutustavat ovat erilaisia.Levillä ja mikro-organismeilla on myös tietty suhde vesiviljelykasvien juuriympäristön happipitoisuuteen.Hypoksia ei vain aiheuta kasvien hidasta kehitystä, vaan lisää myös juuripatogeenien (pythium, phytophthora, fusarium) painetta juurien kasvuun.

Kastelustrategialla on merkittävä vaikutus O₂pitoisuutta alustassa, ja se on myös paremmin hallittava tapa istutusprosessissa.Joissakin ruusunistutustutkimuksissa on havaittu, että substraatin vesipitoisuuden hitaasti lisääminen (aamulla) voi saada paremman happitilan.Substraatissa, jolla on alhainen vedenpidätyskyky, substraatti voi ylläpitää korkeaa happipitoisuutta, ja samalla on välttämätöntä välttää vesipitoisuuden eroa substraattien välillä korkeamman kastelutiheyden ja lyhyemmän välin ansiosta.Mitä pienempi substraattien vedenpidätyskyky on, sitä suurempi on substraattien välinen ero.Kostea alusta, pienempi kastelutiheys ja pidempi väli varmistavat paremman ilmanvaihdon ja suotuisat happiolosuhteet.

Substraatin kuivatus on toinen tekijä, jolla on suuri vaikutus alustan uusiutumisnopeuteen ja happipitoisuuden gradienttiin, riippuen alustan tyypistä ja vedenpidätyskyvystä.Kasteluneste ei saa jäädä alustan pohjalle liian kauan, vaan se tulee tyhjentää nopeasti, jotta tuore happirikastettu kasteluvesi pääsee taas alustan pohjalle.Kuivausnopeuteen voidaan vaikuttaa suhteellisen yksinkertaisilla toimenpiteillä, kuten alustan gradientilla pituus- ja leveyssuunnassa.Mitä suurempi gradientti, sitä nopeampi tyhjennysnopeus.Eri substraateissa on erilaiset aukot ja myös ulostulojen määrä on erilainen.

LOPPU

[sitaatin tiedot]

Xie Yuanpei.Ympäristön happipitoisuuden vaikutukset kasvihuonekasvien juurissa sadon kasvuun [J].Agricultural Engineering Technology, 2022,42(31):21-24.