Tecnulugia d'ingegneria agricula di u giardinaggiu in serraPublicatu in Pechino à 17:30 u 13 di ghjennaghju di u 2023.

L'assorbimentu di a maiò parte di l'elementi nutritivi hè un prucessu strettamente ligatu à l'attività metaboliche di e radiche di e piante. Quessi prucessi necessitanu energia generata da a respirazione di e cellule radicali, è l'assorbimentu di l'acqua hè ancu regulatu da a temperatura è a respirazione, è a respirazione richiede a participazione di l'ossigenu, dunque l'ossigenu in l'ambiente radicale hà un impattu vitale nantu à a crescita nurmale di e culture. U cuntenutu di ossigenu dissoltu in l'acqua hè influenzatu da a temperatura è a salinità, è a struttura di u sustratu determina u cuntenutu d'aria in l'ambiente radicale. L'irrigazione hà grandi differenze in u rinnovu è u supplementu di u cuntenutu d'ossigenu in i sustrati cù diversi stati di cuntenutu d'acqua. Ci sò parechji fattori per ottimizà u cuntenutu d'ossigenu in l'ambiente radicale, ma u gradu d'influenza di ogni fattore hè abbastanza diversu. Mantene una capacità ragionevule di ritenzione d'acqua di u sustratu (cuntenutu d'aria) hè a premessa per mantene un altu cuntenutu d'ossigenu in l'ambiente radicale.

Effetti di a temperatura è di a salinità nantu à u cuntenutu saturatu d'ossigenu in suluzione

Cuntenutu d'ossigenu dissoltu in acqua

L'ossigenu dissoltu hè dissoltu in ossigenu liberu o micca ligatu in l'acqua, è u cuntenutu di l'ossigenu dissoltu in l'acqua righjunghjerà u massimu à una certa temperatura, chì hè u cuntenutu di ossigenu saturatu. U cuntenutu di ossigenu saturatu in l'acqua cambia cù a temperatura, è quandu a temperatura aumenta, u cuntenutu di ossigenu diminuisce. U cuntenutu di ossigenu saturatu di l'acqua chjara hè più altu ch'è quellu di l'acqua di mare chì cuntene sale (Figura 1), dunque u cuntenutu di ossigenu saturatu di e soluzioni nutritive cù diverse concentrazioni serà diversu.

Trasportu di l'ossigenu in a matrice

L'ossigenu chì e radiche di e culture in serra ponu ottene da a suluzione nutritiva deve esse in un statu liberu, è l'ossigenu hè trasportatu in u sustratu per mezu di l'aria è di l'acqua intornu à e radiche. Quandu hè in equilibriu cù u cuntenutu d'ossigenu in l'aria à una data temperatura, l'ossigenu dissoltu in l'acqua righjunghje u massimu, è u cambiamentu di u cuntenutu d'ossigenu in l'aria purterà à u cambiamentu proporzionale di u cuntenutu d'ossigenu in l'acqua.

Effetti di u stress ipossicu in l'ambiente radicale nantu à e culture

Cause di l'ipossia radicale

Ci sò parechje ragioni per chì u risicu d'ipossia in l'idroponica è in i sistemi di cultura di substrati hè più altu in l'estate. Prima di tuttu, u cuntenutu saturatu d'ossigenu in l'acqua diminuisce cù l'aumentu di a temperatura. Siconda, l'ossigenu necessariu per mantene a crescita di e radiche aumenta cù l'aumentu di a temperatura. Inoltre, a quantità d'assorbimentu di nutrienti hè più alta in l'estate, dunque a dumanda d'ossigenu per l'assorbimentu di nutrienti hè più alta. Questu porta à a diminuzione di u cuntenutu d'ossigenu in l'ambiente radicale è à a mancanza di supplementi efficaci, ciò chì porta à l'ipossia in l'ambiente radicale.

Assorbimentu è crescita

L'assorbimentu di a maiò parte di i nutrienti essenziali dipende da i prucessi strettamente ligati à u metabolismu di e radiche, chì necessitanu l'energia generata da a respirazione cellulare di e radiche, vale à dì, a decomposizione di i prudutti fotosintetici in presenza di ossigenu. Studi anu dimustratu chì u 10% ~ 20% di l'assimilati totali di e piante di pumata sò aduprati in e radiche, u 50% di i quali sò aduprati per l'assorbimentu di ioni nutrienti, u 40% per a crescita è solu u 10% per u mantenimentu. E radiche devenu truvà ossigenu in l'ambiente direttu induve liberanu CO2.₂In cundizioni anaerobiche causate da una scarsa ventilazione in i sustrati è in l'idroponica, l'ipossia affetterà l'assorbimentu di l'acqua è di i nutrienti. L'ipossia hà una risposta rapida à l'assorbimentu attivu di i nutrienti, vale à dì u nitratu (NO₃^-), potassiu (K) è fosfatu (PO₄^3-), chì interferisce cù l'assorbimentu passivu di calciu (Ca) è magnesiu (Mg).

A crescita di e radiche di e piante hà bisognu d'energia, l'attività nurmale di e radiche hà bisognu di a più bassa cuncentrazione d'ossigenu, è a cuncentrazione d'ossigenu sottu à u valore COP diventa un fattore chì limita u metabolismu di e cellule radicali (ipossia). Quandu u livellu di cuntenutu d'ossigenu hè bassu, a crescita rallenta o ancu si ferma. Se l'ipossia radicale parziale affetta solu i rami è e foglie, u sistema radicale pò cumpensà a parte di u sistema radicale chì ùn hè più attiva per qualchì ragione aumentendu l'assorbimentu lucale.

U mecanismu metabolicu di e piante dipende da l'ossigenu cum'è accettore di elettroni. Senza ossigenu, a pruduzzione di ATP si fermerà. Senza ATP, u flussu di protoni da e radiche si fermerà, a linfa cellulare di e cellule radicali diventerà acida, è queste cellule moriranu in poche ore. L'ipossia temporanea è à cortu termine ùn causerà micca stress nutrizionale irreversibile in e piante. Per via di u mecanismu di "respirazione di nitrati", pò esse un adattamentu à cortu termine per affruntà l'ipossia cum'è un modu alternativu durante l'ipossia radicale. Tuttavia, l'ipossia à longu termine porterà à una crescita lenta, una diminuzione di a superficia fogliare è una diminuzione di u pesu frescu è seccu, chì porterà à una diminuzione significativa di u rendimentu di e culture.

Etilene

E piante formanu etilene in situ sottu à assai stress. Di solitu, l'etilene hè eliminatu da e radiche diffondendusi in l'aria di u terrenu. Quandu si verifica un accumulu d'acqua, a furmazione di etilene ùn solu aumenterà, ma ancu a diffusione serà assai ridutta perchè e radiche sò circundate da acqua. L'aumentu di a cuncentrazione di etilene porterà à a furmazione di tissutu d'aerazione in e radiche (Figura 2). L'etilene pò ancu causà a senescenza di e foglie, è l'interazione trà l'etilene è l'auxina aumenterà a furmazione di radiche avventizie.

U stress di l'ossigenu porta à una diminuzione di a crescita di e foglie

L'ABA hè pruduttu in e radiche è e foglie per affruntà diversi stress ambientali. In l'ambiente radicale, a risposta tipica à u stress hè a chjusura stomatale, chì implica a furmazione di ABA. Prima chì i stomi sianu chjusi, a cima di a pianta perde a pressione di gonfiore, e foglie superiori appassiscenu, è l'efficienza fotosintetica pò ancu diminuisce. Parechji studii anu dimustratu chì i stomi rispondenu à l'aumentu di a cuncentrazione di ABA in l'apoplastu chjudendusi, vale à dì, u cuntenutu tutale di ABA in e foglie liberendu ABA intracellulare, e piante ponu aumentà a cuncentrazione di ABA apoplastu assai rapidamente. Quandu e piante sò sottu stress ambientale, cumincianu à liberà ABA in e cellule, è u signale di liberazione di e radiche pò esse trasmessu in minuti invece di ore. L'aumentu di ABA in u tissutu fogliare pò riduce l'allungamentu di a parete cellulare è purtà à a diminuzione di l'allungamentu di e foglie. Un altru effettu di l'ipossia hè chì a durata di vita di e foglie hè accorciata, ciò chì affetterà tutte e foglie. L'ipossia di solitu porta à a diminuzione di u trasportu di citochinine è nitrati. A mancanza d'azotu o di citochinina accurterà u tempu di mantenimentu di a superficia fogliare è fermerà a crescita di rami è foglie in pochi ghjorni.

Ottimizazione di l'ambiente d'ossigenu di u sistema radicale di e culture

E caratteristiche di u sustratu sò decisive per a distribuzione di l'acqua è di l'ossigenu. A cuncentrazione di l'ossigenu in l'ambiente radicale di l'ortaggi di serra hè principalmente ligata à a capacità di ritenzione idrica di u sustratu, l'irrigazione (dimensione è frequenza), a struttura di u sustratu è a temperatura di a striscia di sustratu. Solu quandu u cuntenutu di l'ossigenu in l'ambiente radicale hè almenu superiore à 10% (4 ~ 5 mg / L) l'attività radicale pò esse mantenuta in u megliu statu.

U sistema radicale di e culture hè assai impurtante per a crescita di e piante è a resistenza à e malatie di e piante. L'acqua è i nutrienti saranu assorbiti secondu i bisogni di e piante. Tuttavia, u livellu d'ossigenu in l'ambiente radicale determina in larga misura l'efficienza d'assorbimentu di nutrienti è acqua è a qualità di u sistema radicale. Un livellu sufficiente d'ossigenu in l'ambiente radicale pò assicurà a salute di u sistema radicale, affinchì e piante abbianu una migliore resistenza à i microrganismi patogeni (Figura 3). Un livellu adeguatu d'ossigenu in u sustratu minimizza ancu u risicu di cundizioni anaerobiche, minimizendu cusì u risicu di microrganismi patogeni.

Cunsumu d'ossigenu in l'ambiente radicale

U cunsumu massimu d'ossigenu di e culture pò ghjunghje sin'à 40 mg/m2/h (u cunsumu dipende da e culture). Sicondu a temperatura, l'acqua d'irrigazione pò cuntene sin'à 7~8 mg/L d'ossigenu (Figura 4). Per ghjunghje à 40 mg, 5 L d'acqua devenu esse dati ogni ora per risponde à a dumanda d'ossigenu, ma in realtà, a quantità d'irrigazione in un ghjornu ùn pò micca esse righjunta. Questu significa chì l'ossigenu furnitu da l'irrigazione ghjoca solu un picculu rolu. A maiò parte di l'approvvigionamentu d'ossigenu ghjunghje à a zona radicale attraversu i pori in a matrice, è u cuntributu di l'approvvigionamentu d'ossigenu attraversu i pori hè altu cum'è 90%, secondu l'ora di u ghjornu. Quandu l'evaporazione di e piante ghjunghje à u massimu, a quantità d'irrigazione ghjunghje ancu à u massimu, chì hè equivalente à 1~1,5 L/m2/h. Se l'acqua d'irrigazione cuntene 7 mg/L d'ossigenu, furnisce 7~11 mg/m2/h d'ossigenu per a zona radicale. Questu hè equivalente à 17%~25% di a dumanda. Benintesa, questu vale solu per a situazione in a quale l'acqua d'irrigazione povera d'ossigenu in u sustratu hè rimpiazzata da acqua d'irrigazione fresca.

In più di u cunsumu di radiche, i microorganismi in l'ambiente radicale cunsumanu ancu ossigenu. Hè difficiule di quantificà questu perchè ùn hè stata fatta alcuna misurazione à stu riguardu. Siccomu i novi sustrati sò rimpiazzati ogni annu, si pò suppone chì i microorganismi ghjocanu un rolu relativamente chjucu in u cunsumu d'ossigenu.

Ottimizà a temperatura ambientale di e radiche

A temperatura ambientale di u sistema radicale hè assai impurtante per a crescita è a funzione nurmale di u sistema radicale, è hè ancu un fattore impurtante chì influenza l'assorbimentu di l'acqua è di i nutrienti da u sistema radicale.

Una temperatura di u sustratu troppu bassa (temperatura di e radiche) pò purtà à difficultà in l'assorbimentu di l'acqua. À 5 ℃, l'assorbimentu hè 70% ~ 80% più bassu chè à 20 ℃. Se una temperatura bassa di u sustratu hè accumpagnata da una temperatura alta, questu porterà à l'appassimentu di a pianta. L'assorbimentu di ioni dipende ovviamente da a temperatura, chì inibisce l'assorbimentu di ioni à bassa temperatura, è a sensibilità di i diversi elementi nutritivi à a temperatura hè diversa.

Una temperatura di u sustratu troppu alta hè ancu inutile, è pò purtà à un sistema radicale troppu grande. In altre parolle, ci hè una distribuzione squilibrata di a materia secca in e piante. Siccomu u sistema radicale hè troppu grande, si verificanu perdite innecessarie per via di a respirazione, è sta parte di l'energia persa puderia esse stata aduprata per a parte di a racolta di a pianta. À una temperatura di u sustratu più alta, u cuntenutu di ossigenu dissoltu hè più bassu, ciò chì hà un impattu assai più grande nantu à u cuntenutu di ossigenu in l'ambiente radicale chè l'ossigenu cunsumatu da i microorganismi. U sistema radicale cunsuma assai ossigenu, è porta ancu à l'ipossia in casu di un sustratu o di una struttura di u terrenu scarsa, riducendu cusì l'assorbimentu di l'acqua è di l'ioni.

Mantene una capacità ragionevule di ritenzione d'acqua di a matrice.

Ci hè una currelazione negativa trà u cuntenutu d'acqua è a percentuale di cuntenutu d'ossigenu in a matrice. Quandu u cuntenutu d'acqua aumenta, u cuntenutu d'ossigenu diminuisce, è vice versa. Ci hè un intervallu criticu trà u cuntenutu d'acqua è l'ossigenu in a matrice, vale à dì, 80% ~ 85% di cuntenutu d'acqua (Figura 5). U mantenimentu à longu andà di un cuntenutu d'acqua sopra à 85% in u sustratu affetterà l'approvvigionamentu d'ossigenu. A maiò parte di l'approvvigionamentu d'ossigenu (75% ~ 90%) hè attraversu i pori in a matrice.

Supplementu di irrigazione à u cuntenutu di ossigenu in u sustratu

Più luce solare purterà à un cunsumu d'ossigenu più altu è à una cuncentrazione d'ossigenu più bassa in e radiche (Figura 6), è più zuccheru aumenterà u cunsumu d'ossigenu di notte. A traspirazione hè forte, l'assorbimentu d'acqua hè grande, è ci hè più aria è più ossigenu in u sustratu. Si pò vede da a manca di a Figura 7 chì u cuntenutu d'ossigenu in u sustratu aumenterà ligeramente dopu l'irrigazione in cundizione chì a capacità di ritenzione d'acqua di u sustratu sia alta è u cuntenutu d'aria sia assai bassu. Cum'è mostratu à diritta di a fig. 7, in cundizione di illuminazione relativamente megliu, u cuntenutu d'aria in u sustratu aumenta per via di un più assorbimentu d'acqua (stessi tempi d'irrigazione). L'influenza relativa di l'irrigazione nantu à u cuntenutu d'ossigenu in u sustratu hè assai inferiore à a capacità di ritenzione d'acqua (cuntenutu d'aria) in u sustratu.

Discutite

In a pruduzzione attuale, u cuntenutu di l'ossigenu (aria) in l'ambiente di e radiche di e culture hè facilmente trascuratu, ma hè un fattore impurtante per assicurà a crescita nurmale di e culture è u sviluppu sanu di e radiche.

Per ottene u massimu rendimentu durante a pruduzzione di e culture, hè assai impurtante prutege l'ambiente di u sistema radicale in e migliori cundizioni pussibule. Studi anu dimustratu chì l'O₂Un cuntenutu in l'ambiente di u sistema radicale sottu à 4mg/L avarà un impattu negativu nantu à a crescita di e culture. L'O₂U cuntenutu in l'ambiente radicale hè principalmente influenzatu da l'irrigazione (quantità è frequenza d'irrigazione), a struttura di u substratu, u cuntenutu d'acqua di u substratu, a temperatura di a serra è di u substratu, è i diversi mudelli di piantazione saranu diversi. L'alghe è i microorganismi anu ancu una certa relazione cù u cuntenutu d'ossigenu in l'ambiente radicale di e culture idroponiche. L'ipossia ùn solu provoca u sviluppu lentu di e piante, ma aumenta ancu a pressione di i patogeni radicali (pythium, phytophthora, fusarium) nantu à a crescita di e radiche.

A strategia d'irrigazione hà una influenza significativa nant'à l'O₂cuntenutu in u sustratu, è hè ancu un modu più cuntrollabile in u prucessu di piantazione. Certi studii di piantazione di rose anu trovu chì aumentà lentamente u cuntenutu d'acqua in u sustratu (a mane) pò ottene un megliu statu d'ossigenu. In u sustratu cù una bassa capacità di ritenzione d'acqua, u sustratu pò mantene un altu cuntenutu d'ossigenu, è à u listessu tempu, hè necessariu evità a differenza di cuntenutu d'acqua trà i sustrati per mezu di una frequenza d'irrigazione più alta è un intervallu più cortu. Più bassa hè a capacità di ritenzione d'acqua di i sustrati, più grande hè a differenza trà i sustrati. Un sustratu umitu, una frequenza d'irrigazione più bassa è un intervallu più longu assicuranu una maggiore sustituzione d'aria è cundizioni d'ossigenu favurevuli.

U drenaggiu di u sustratu hè un altru fattore chì hà una grande influenza nantu à a velocità di rinnovu è u gradiente di cuncentrazione di l'ossigenu in u sustratu, secondu u tipu è a capacità di ritenzione d'acqua di u sustratu. U liquidu d'irrigazione ùn deve micca stà in fondu à u sustratu per troppu tempu, ma deve esse scaricatu rapidamente in modu chì l'acqua d'irrigazione arricchita d'ossigenu fresca possi ghjunghje di novu in fondu à u sustratu. A velocità di drenaggiu pò esse influenzata da alcune misure relativamente semplici, cum'è u gradiente di u sustratu in e direzzione longitudinale è di larghezza. Più grande hè u gradiente, più rapida hè a velocità di drenaggiu. Diversi sustrati anu diverse aperture è ancu u numeru di sbocchi hè diversu.

FINE

[infurmazione di citazione]

Xie Yuanpei. Effetti di u cuntenutu d'ossigenu ambientale in e radiche di e culture in serra nantu à a crescita di e culture [J]. Tecnulugia di l'Ingegneria Agricola, 2022,42(31):21-24.