Teknologi Teknik Pertanian dari Greenhouse Gardening yang diterbitkan di Beijing pada pukul 17:30 pada 13 Januari 2023.

Penyerapan sebagian besar elemen nutrisi adalah proses yang terkait erat dengan aktivitas metabolisme akar tanaman. Proses -proses ini membutuhkan energi yang dihasilkan oleh respirasi sel akar, dan penyerapan air juga diatur oleh suhu dan respirasi, dan respirasi membutuhkan partisipasi oksigen, sehingga oksigen dalam lingkungan akar memiliki dampak penting pada pertumbuhan tanaman normal. Kandungan oksigen terlarut dalam air dipengaruhi oleh suhu dan salinitas, dan struktur substrat menentukan kandungan udara dalam lingkungan akar. Irigasi memiliki perbedaan besar dalam pembaruan dan suplemen kandungan oksigen dalam substrat dengan status kadar air yang berbeda. Ada banyak faktor untuk mengoptimalkan kandungan oksigen di lingkungan akar, tetapi tingkat pengaruh masing -masing faktor sangat berbeda. Mempertahankan kapasitas penahanan air substrat yang wajar (kandungan udara) adalah premis mempertahankan kandungan oksigen tinggi di lingkungan akar.

Efek suhu dan salinitas pada kandungan oksigen jenuh dalam larutan

Kandungan oksigen terlarut dalam air

Oksigen terlarut dilarutkan dalam oksigen yang tidak terikat atau bebas dalam air, dan kandungan oksigen terlarut dalam air akan mencapai maksimum pada suhu tertentu, yang merupakan kandungan oksigen jenuh. Kandungan oksigen jenuh dalam air berubah dengan suhu, dan ketika suhu meningkat, kandungan oksigen berkurang. Kandungan oksigen jenuh dari air jernih lebih tinggi daripada air laut yang mengandung garam (Gambar1), sehingga kandungan oksigen jenuh dari larutan nutrisi dengan konsentrasi yang berbeda akan berbeda.

Pengangkutan oksigen dalam matriks

Oksigen yang dapat diperoleh oleh akar tanaman rumah kaca dari larutan nutrisi harus dalam keadaan bebas, dan oksigen diangkut dalam substrat melalui udara dan air dan air di sekitar akar. Ketika berada dalam kesetimbangan dengan kandungan oksigen di udara pada suhu tertentu, oksigen yang dilarutkan dalam air mencapai maksimum, dan perubahan kandungan oksigen di udara akan menyebabkan perubahan proporsional kandungan oksigen dalam air.

Efek stres hipoksia pada lingkungan akar pada tanaman

Penyebab hipoksia akar

Ada beberapa alasan mengapa risiko hipoksia dalam sistem hidroponik dan substrat lebih tinggi di musim panas. Pertama -tama, kandungan oksigen jenuh dalam air akan berkurang saat suhu naik. Kedua, oksigen yang diperlukan untuk mempertahankan pertumbuhan akar meningkat dengan meningkatnya suhu. Selain itu, jumlah penyerapan nutrisi lebih tinggi di musim panas, sehingga permintaan oksigen untuk penyerapan nutrisi lebih tinggi. Ini mengarah pada penurunan kandungan oksigen di lingkungan akar dan kurangnya suplemen yang efektif, yang menyebabkan hipoksia dalam lingkungan akar.

Penyerapan dan pertumbuhan

Penyerapan nutrisi yang paling penting tergantung pada proses yang terkait erat dengan metabolisme akar, yang membutuhkan energi yang dihasilkan oleh respirasi sel akar, yaitu dekomposisi produk fotosintesis dengan adanya oksigen. Studi telah menunjukkan bahwa 10% ~ 20% dari total asimilasi tanaman tomat digunakan dalam akar, 50% di antaranya digunakan untuk penyerapan ion nutrisi, 40% untuk pertumbuhan dan hanya 10% untuk pemeliharaan. Roots harus menemukan oksigen di lingkungan langsung di mana mereka melepaskan CO₂. Dalam kondisi anaerob yang disebabkan oleh ventilasi yang buruk pada substrat dan hidroponik, hipoksia akan mempengaruhi penyerapan air dan nutrisi. Hipoksia memiliki respons cepat terhadap penyerapan aktif nutrisi, yaitu nitrat (NO₃^-), kalium (k) dan fosfat (PO₄^3-), yang akan mengganggu penyerapan pasif kalsium (CA) dan magnesium (mg).

Pertumbuhan akar tanaman membutuhkan energi, aktivitas akar normal membutuhkan konsentrasi oksigen terendah, dan konsentrasi oksigen di bawah nilai COP menjadi faktor yang membatasi metabolisme sel akar (hipoksia). Ketika tingkat kandungan oksigen rendah, pertumbuhan melambat atau bahkan berhenti. Jika hipoksia akar parsial hanya mempengaruhi cabang dan daun, sistem akar dapat mengkompensasi bagian dari sistem akar yang tidak lagi aktif karena beberapa alasan dengan meningkatkan penyerapan lokal.

Mekanisme metabolisme tanaman tergantung pada oksigen sebagai akseptor elektron. Tanpa oksigen, produksi ATP akan berhenti. Tanpa ATP, arus keluar proton dari akar akan berhenti, getah sel sel akar akan menjadi asam, dan sel -sel ini akan mati dalam beberapa jam. Hipoksia sementara dan jangka pendek tidak akan menyebabkan stres gizi yang tidak dapat diubah pada tanaman. Karena mekanisme "respirasi nitrat", itu mungkin adaptasi jangka pendek untuk mengatasi hipoksia sebagai cara alternatif selama hipoksia akar. Namun, hipoksia jangka panjang akan menyebabkan pertumbuhan yang lambat, penurunan luas daun dan penurunan berat segar dan kering, yang akan menyebabkan penurunan hasil tanaman yang signifikan.

Etilen

Tanaman akan membentuk etilena in situ di bawah banyak stres. Biasanya, etilen dikeluarkan dari akar dengan menyebar ke udara tanah. Ketika genangan air terjadi, pembentukan etilen tidak hanya akan meningkat, tetapi juga difusi akan sangat berkurang karena akar dikelilingi oleh air. Peningkatan konsentrasi etilen akan menyebabkan pembentukan jaringan aerasi pada akar (Gambar 2). Ethylene juga dapat menyebabkan penuaan daun, dan interaksi antara etilen dan auksin akan meningkatkan pembentukan akar adventif.

Stres oksigen menyebabkan penurunan pertumbuhan daun

ABA diproduksi di akar dan daun untuk mengatasi berbagai tekanan lingkungan. Dalam lingkungan akar, respons khas terhadap stres adalah penutupan stomata, yang melibatkan pembentukan ABA. Sebelum stomata ditutup, bagian atas tanaman kehilangan tekanan pembengkakan, bagian atas daun layu, dan efisiensi fotosintesis juga dapat berkurang. Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa stomata merespons peningkatan konsentrasi ABA dalam apoplas dengan penutupan, yaitu, total kandungan ABA dalam non-daun dengan melepaskan ABA intraseluler, tanaman dapat meningkatkan konsentrasi apoplas ABA dengan sangat cepat. Ketika tanaman berada di bawah tekanan lingkungan, mereka mulai melepaskan ABA dalam sel, dan sinyal pelepasan akar dapat ditransmisikan dalam hitungan menit, bukan jam. Peningkatan ABA dalam jaringan daun dapat mengurangi perpanjangan dinding sel dan menyebabkan penurunan perpanjangan daun. Efek lain dari hipoksia adalah bahwa masa hidup daun dipersingkat, yang akan mempengaruhi semua daun. Hipoksia biasanya menyebabkan penurunan transportasi sitokinin dan nitrat. Kurangnya nitrogen atau sitokinin akan memperpendek waktu pemeliharaan luas daun dan menghentikan pertumbuhan cabang dan daun dalam beberapa hari.

Mengoptimalkan lingkungan oksigen sistem akar tanaman

Karakteristik substrat sangat menentukan untuk distribusi air dan oksigen. Konsentrasi oksigen di lingkungan akar sayuran rumah kaca terutama terkait dengan kapasitas penahan air substrat, irigasi (ukuran dan frekuensi), struktur substrat dan suhu strip substrat. Hanya ketika kandungan oksigen di lingkungan akar setidaknya di atas 10% (4 ~ 5mg/L) dapat aktivitas root dapat dipertahankan dalam keadaan terbaik.

Sistem akar tanaman sangat penting untuk pertumbuhan tanaman dan resistensi penyakit tanaman. Air dan nutrisi akan diserap sesuai dengan kebutuhan tanaman. Namun, tingkat oksigen dalam lingkungan akar sebagian besar menentukan efisiensi penyerapan nutrisi dan air dan kualitas sistem akar. Tingkat oksigen yang cukup dalam lingkungan sistem akar dapat memastikan kesehatan sistem akar, sehingga tanaman memiliki resistensi yang lebih baik terhadap mikroorganisme patogenik (Gambar 3). Tingkat oksigen yang memadai dalam substrat juga meminimalkan risiko kondisi anaerob, sehingga meminimalkan risiko mikroorganisme patogen.

Konsumsi oksigen di lingkungan akar

Konsumsi oksigen maksimum tanaman dapat setinggi 40mg/m2/jam (konsumsi tergantung pada tanaman). Tergantung pada suhu, air irigasi dapat mengandung hingga 7 ~ 8mg/L oksigen (Gambar 4). Untuk mencapai 40 mg, 5L air harus diberikan setiap jam untuk memenuhi permintaan oksigen, tetapi pada kenyataannya, jumlah irigasi dalam satu hari mungkin tidak tercapai. Ini berarti bahwa oksigen yang disediakan oleh irigasi hanya memainkan peran kecil. Sebagian besar pasokan oksigen mencapai zona akar melalui pori -pori dalam matriks, dan kontribusi pasokan oksigen melalui pori -pori setinggi 90%, tergantung pada waktu. Ketika penguapan tanaman mencapai maksimum, jumlah irigasi juga mencapai maksimum, yang setara dengan 1 ~ 1.5L/m2/jam. Jika air irigasi mengandung oksigen 7mg/L, itu akan memberikan oksigen 7 ~ 11mg/m2/jam untuk zona akar. Ini setara dengan 17% ~ 25% dari permintaan. Tentu saja, ini hanya berlaku untuk situasi bahwa air irigasi miskin oksigen dalam substrat digantikan oleh air irigasi segar.

Selain konsumsi akar, mikroorganisme di lingkungan akar juga mengonsumsi oksigen. Sulit untuk mengukur ini karena tidak ada pengukuran yang dilakukan dalam hal ini. Karena substrat baru diganti setiap tahun, dapat diasumsikan bahwa mikroorganisme memainkan peran yang relatif kecil dalam konsumsi oksigen.

Optimalkan suhu lingkungan akar

Suhu lingkungan sistem akar sangat penting untuk pertumbuhan normal dan fungsi sistem akar, dan juga merupakan faktor penting yang mempengaruhi penyerapan air dan nutrisi berdasarkan sistem akar.

Suhu substrat yang terlalu rendah (suhu akar) dapat menyebabkan kesulitan dalam penyerapan air. Pada 5 ℃, penyerapannya adalah 70% ~ 80% lebih rendah dari pada 20 ℃. Jika suhu substrat rendah disertai dengan suhu tinggi, itu akan menyebabkan layu tanaman. Penyerapan ion jelas tergantung pada suhu, yang menghambat penyerapan ion pada suhu rendah, dan sensitivitas elemen nutrisi yang berbeda terhadap suhu berbeda.

Suhu substrat yang terlalu tinggi juga tidak berguna, dan dapat menyebabkan sistem akar yang terlalu besar. Dengan kata lain, ada distribusi bahan kering yang tidak seimbang pada tanaman. Karena sistem akar terlalu besar, kerugian yang tidak perlu akan terjadi melalui respirasi, dan bagian energi yang hilang ini bisa digunakan untuk bagian panen tanaman. Pada suhu substrat yang lebih tinggi, kandungan oksigen terlarut lebih rendah, yang memiliki dampak yang jauh lebih besar pada kandungan oksigen di lingkungan akar daripada oksigen yang dikonsumsi oleh mikroorganisme. Sistem akar mengkonsumsi banyak oksigen, dan bahkan menyebabkan hipoksia dalam kasus substrat atau struktur tanah yang buruk, sehingga mengurangi penyerapan air dan ion.

Pertahankan kapasitas penahan air yang wajar dari matriks.

Ada korelasi negatif antara kadar air dan kadar persentase oksigen dalam matriks. Ketika kadar air meningkat, kadar oksigen berkurang, dan sebaliknya. Ada rentang kritis antara kadar air dan oksigen dalam matriks, yaitu, 80% ~ 85% kadar air (Gambar 5). Pemeliharaan jangka panjang kadar air di atas 85% dalam substrat akan mempengaruhi pasokan oksigen. Sebagian besar pasokan oksigen (75%~ 90%) adalah melalui pori -pori dalam matriks.

Suplemen Irigasi untuk Kandungan Oksigen dalam Substrat

Lebih banyak sinar matahari akan menyebabkan konsumsi oksigen yang lebih tinggi dan konsentrasi oksigen yang lebih rendah pada akar (Gambar 6), dan lebih banyak gula akan membuat konsumsi oksigen lebih tinggi di malam hari. Transpirasi kuat, penyerapan air besar, dan ada lebih banyak udara dan lebih banyak oksigen di substrat. Dapat dilihat dari kiri Gambar 7 bahwa kandungan oksigen dalam substrat akan meningkat sedikit setelah irigasi dengan kondisi bahwa kapasitas penahan air substrat tinggi dan kandungan udara sangat rendah. Seperti yang ditunjukkan di sebelah kanan Fig. 7, di bawah kondisi pencahayaan yang relatif lebih baik, kandungan udara dalam substrat meningkat karena lebih banyak penyerapan air (waktu irigasi yang sama). Pengaruh relatif irigasi pada kandungan oksigen dalam substrat jauh lebih sedikit daripada kapasitas penahan air (kadar udara) di substrat.

Membahas

Dalam produksi aktual, kandungan oksigen (udara) di lingkungan akar tanaman mudah diabaikan, tetapi merupakan faktor penting untuk memastikan pertumbuhan tanaman normal dan perkembangan akar yang sehat.

Untuk mendapatkan hasil maksimum selama produksi tanaman, sangat penting untuk melindungi lingkungan sistem root dalam kondisi terbaik sebanyak mungkin. Studi telah menunjukkan bahwa O₂Konten dalam lingkungan sistem root di bawah 4mg/L akan berdampak negatif pada pertumbuhan tanaman. O₂Konten dalam lingkungan akar terutama dipengaruhi oleh irigasi (jumlah irigasi dan frekuensi), struktur substrat, kadar air substrat, rumah kaca dan suhu substrat, dan pola penanaman yang berbeda akan berbeda. Alga dan mikroorganisme juga memiliki hubungan tertentu dengan kandungan oksigen di lingkungan akar tanaman hidroponik. Hipoksia tidak hanya menyebabkan lambatnya perkembangan tanaman, tetapi juga meningkatkan tekanan patogen akar (Pythium, Phytophthora, Fusarium) pada pertumbuhan akar.

Strategi irigasi memiliki pengaruh yang signifikan pada O₂Konten dalam substrat, dan juga merupakan cara yang lebih terkendali dalam proses penanaman. Beberapa studi penanaman mawar telah menemukan bahwa perlahan -lahan meningkatkan kadar air di substrat (di pagi hari) bisa mendapatkan keadaan oksigen yang lebih baik. Dalam substrat dengan kapasitas penahanan air rendah, substrat dapat mempertahankan kandungan oksigen yang tinggi, dan pada saat yang sama, perlu untuk menghindari perbedaan kadar air antara substrat melalui frekuensi irigasi yang lebih tinggi dan interval yang lebih pendek. Semakin rendah kapasitas penahan air substrat, semakin besar perbedaan antara substrat. Substrat lembab, frekuensi irigasi yang lebih rendah dan interval yang lebih lama memastikan lebih banyak penggantian udara dan kondisi oksigen yang menguntungkan.

Drainase substrat adalah faktor lain yang memiliki pengaruh besar pada laju pembaruan dan gradien konsentrasi oksigen dalam substrat, tergantung pada jenis dan kapasitas penahan air substrat. Cairan irigasi tidak boleh tetap di bagian bawah substrat terlalu lama, tetapi harus dikeluarkan dengan cepat sehingga air irigasi yang diperkaya oksigen segar dapat mencapai bagian bawah substrat lagi. Kecepatan drainase dapat dipengaruhi oleh beberapa tindakan yang relatif sederhana, seperti gradien substrat dalam arah longitudinal dan lebar. Semakin besar gradien, semakin cepat kecepatan drainase. Substrat yang berbeda memiliki bukaan yang berbeda dan jumlah outlet juga berbeda.

AKHIR

[Informasi Kutipan]

Xie Yuanpei. Efek kandungan oksigen lingkungan dalam akar tanaman rumah kaca pada pertumbuhan tanaman [J]. Teknologi Teknik Pertanian, 2022,42 (31): 21-24.