Technoleg peirianneg amaethyddol garddio tŷ gwydr Cyhoeddwyd yn Beijing am 17:30 ar Ionawr 13, 2023.

Mae amsugno'r rhan fwyaf o elfennau maethol yn broses sy'n gysylltiedig yn agos â gweithgareddau metabolaidd gwreiddiau planhigion.Mae'r prosesau hyn yn gofyn am ynni a gynhyrchir gan resbiradaeth celloedd gwraidd, ac mae amsugno dŵr hefyd yn cael ei reoleiddio gan dymheredd a resbiradaeth, ac mae resbiradaeth yn gofyn am gyfranogiad ocsigen, felly mae ocsigen yn yr amgylchedd gwreiddiau yn cael effaith hanfodol ar dwf arferol cnydau.Mae tymheredd a halltedd yn effeithio ar y cynnwys ocsigen toddedig mewn dŵr, ac mae strwythur y swbstrad yn pennu'r cynnwys aer yn yr amgylchedd gwreiddiau.Mae gan ddyfrhau wahaniaethau mawr o ran adnewyddu ac ychwanegu at gynnwys ocsigen mewn swbstradau â gwahanol gyflyrau cynnwys dŵr.Mae yna lawer o ffactorau i wneud y gorau o'r cynnwys ocsigen yn yr amgylchedd gwreiddiau, ond mae graddau dylanwad pob ffactor yn dra gwahanol.Cynnal gallu dal dŵr swbstrad rhesymol (cynnwys aer) yw'r rhagosodiad o gynnal cynnwys ocsigen uchel yn amgylchedd y gwreiddiau.

Effeithiau tymheredd a halltedd ar gynnwys ocsigen dirlawn mewn hydoddiant

Cynnwys ocsigen toddedig mewn dŵr

Mae ocsigen toddedig yn cael ei doddi mewn ocsigen heb ei rwymo neu am ddim mewn dŵr, a bydd cynnwys ocsigen toddedig mewn dŵr yn cyrraedd yr uchafswm ar dymheredd penodol, sef y cynnwys ocsigen dirlawn.Mae'r cynnwys ocsigen dirlawn mewn dŵr yn newid gyda thymheredd, a phan fydd y tymheredd yn cynyddu, mae'r cynnwys ocsigen yn gostwng.Mae cynnwys ocsigen dirlawn dŵr clir yn uwch na dŵr môr sy'n cynnwys halen (Ffigur 1), felly bydd cynnwys ocsigen dirlawn hydoddiannau maetholion â chrynodiadau gwahanol yn wahanol.

Cludo ocsigen mewn matrics

Rhaid i'r ocsigen y gall gwreiddiau cnydau tŷ gwydr ei gael o hydoddiant maethol fod mewn cyflwr rhydd, ac mae ocsigen yn cael ei gludo yn y swbstrad trwy aer a dŵr a dŵr o amgylch y gwreiddiau.Pan fydd mewn cydbwysedd â'r cynnwys ocsigen mewn aer ar dymheredd penodol, mae'r ocsigen wedi'i hydoddi mewn dŵr yn cyrraedd yr uchafswm, a bydd newid y cynnwys ocsigen mewn aer yn arwain at newid cymesurol y cynnwys ocsigen mewn dŵr.

Effeithiau straen hypocsia yn amgylchedd y gwreiddiau ar gnydau

Achosion hypocsia gwraidd

Mae yna sawl rheswm pam mae'r risg o hypocsia mewn hydroponeg a systemau tyfu swbstrad yn uwch yn yr haf.Yn gyntaf oll, bydd y cynnwys ocsigen dirlawn mewn dŵr yn gostwng wrth i'r tymheredd godi.Yn ail, mae'r ocsigen sydd ei angen i gynnal twf gwreiddiau yn cynyddu gyda'r cynnydd mewn tymheredd.Ar ben hynny, mae faint o amsugno maetholion yn uwch yn yr haf, felly mae'r galw am ocsigen ar gyfer amsugno maetholion yn uwch.Mae'n arwain at ostyngiad mewn cynnwys ocsigen yn amgylchedd y gwreiddiau a diffyg atodiad effeithiol, sy'n arwain at hypocsia yn amgylchedd y gwreiddiau.

Amsugno a thwf

Mae amsugno'r rhan fwyaf o faetholion hanfodol yn dibynnu ar y prosesau sy'n gysylltiedig yn agos â metaboledd gwreiddiau, sy'n gofyn am yr egni a gynhyrchir gan resbiradaeth celloedd gwraidd, hynny yw, dadelfeniad cynhyrchion ffotosynthetig ym mhresenoldeb ocsigen.Mae astudiaethau wedi dangos bod 10% ~ 20% o gyfanswm cymathiadau planhigion tomato yn cael eu defnyddio mewn gwreiddiau, a defnyddir 50% ohonynt ar gyfer amsugno ïon maetholion, 40% ar gyfer twf a dim ond 10% ar gyfer cynnal a chadw.Rhaid i wreiddiau ddod o hyd i ocsigen yn yr amgylchedd uniongyrchol lle maent yn rhyddhau CO₂.O dan amodau anaerobig a achosir gan awyru gwael mewn swbstradau a hydroponeg, bydd hypocsia yn effeithio ar amsugno dŵr a maetholion.Mae gan hypocsia ymateb cyflym i amsugniad gweithredol maetholion, sef nitrad (NO₃^-), potasiwm (K) a ffosffad (PO₄^3-), a fydd yn ymyrryd ag amsugno goddefol calsiwm (Ca) a magnesiwm (Mg).

Mae angen egni ar dwf gwreiddiau planhigion, mae angen y crynodiad ocsigen isaf ar weithgarwch gwreiddiau arferol, ac mae'r crynodiad ocsigen islaw gwerth COP yn dod yn ffactor sy'n cyfyngu ar metaboledd celloedd gwraidd (hypocsia).Pan fydd lefel y cynnwys ocsigen yn isel, mae'r twf yn arafu neu hyd yn oed yn stopio.Os yw hypocsia gwraidd rhannol yn effeithio ar ganghennau a dail yn unig, gall y system wreiddiau wneud iawn am y rhan o'r system wreiddiau nad yw bellach yn weithredol am ryw reswm trwy gynyddu'r amsugno lleol.

Mae mecanwaith metabolig planhigion yn dibynnu ar ocsigen fel derbynnydd electronau.Heb ocsigen, bydd cynhyrchu ATP yn dod i ben.Heb ATP, bydd all-lif protonau o'r gwreiddiau'n dod i ben, bydd sudd celloedd gwreiddiau'n dod yn asidig, a bydd y celloedd hyn yn marw o fewn ychydig oriau.Ni fydd hypocsia dros dro a thymor byr yn achosi straen maethol anwrthdroadwy mewn planhigion.Oherwydd y mecanwaith “anadlu nitrad”, gall fod yn addasiad tymor byr i ymdopi â hypocsia fel ffordd amgen yn ystod hypocsia gwraidd.Fodd bynnag, bydd hypocsia hirdymor yn arwain at dwf araf, llai o arwynebedd dail a llai o bwysau ffres a sych, a fydd yn arwain at ostyngiad sylweddol mewn cynnyrch cnwd.

Ethylene

Bydd planhigion yn ffurfio ethylene in situ o dan lawer o straen.Fel arfer, mae ethylene yn cael ei dynnu o'r gwreiddiau trwy wasgaru i aer y pridd.Pan fydd dwrlawn yn digwydd, nid yn unig y bydd ffurfiant ethylene yn cynyddu, ond hefyd bydd y trylediad yn cael ei leihau'n fawr oherwydd bod y gwreiddiau wedi'u hamgylchynu gan ddŵr.Bydd y cynnydd mewn crynodiad ethylene yn arwain at ffurfio meinwe awyru yn y gwreiddiau (Ffigur 2).Gall ethylene hefyd achosi heneiddedd dail, a bydd y rhyngweithio rhwng ethylene ac auxin yn cynyddu ffurfiant gwreiddiau damweiniol.

Mae straen ocsigen yn arwain at ostyngiad mewn twf dail

Cynhyrchir ABA mewn gwreiddiau a dail i ymdopi â straen amgylcheddol amrywiol.Yn yr amgylchedd gwreiddiau, yr ymateb nodweddiadol i straen yw cau stomatal, sy'n cynnwys ffurfio ABA.Cyn i'r stomata gau, mae top y planhigyn yn colli pwysau chwyddo, mae'r dail uchaf yn gwywo, a gall yr effeithlonrwydd ffotosynthetig leihau hefyd.Mae llawer o astudiaethau wedi dangos bod y stomata yn ymateb i'r cynnydd o grynodiad ABA mewn apoplast trwy gau, hynny yw, cyfanswm y cynnwys ABA mewn di-dail trwy ryddhau ABA mewngellol, gall planhigion gynyddu crynodiad apoplast ABA yn gyflym iawn.Pan fydd planhigion dan straen amgylcheddol, maent yn dechrau rhyddhau ABA mewn celloedd, a gellir trosglwyddo'r signal rhyddhau gwreiddiau mewn munudau yn lle oriau.Gall y cynnydd mewn ABA mewn meinwe dail leihau ehangiad y cellfur ac arwain at leihad mewn ymestyniad dail.Effaith arall hypocsia yw bod hyd oes y dail yn cael ei fyrhau, a fydd yn effeithio ar bob dail.Mae hypocsia fel arfer yn arwain at ostyngiad mewn cludiant sytokinin a nitrad.Bydd diffyg nitrogen neu cytocinin yn lleihau amser cynnal a chadw arwynebedd y dail ac yn atal twf canghennau a dail o fewn ychydig ddyddiau.

Optimeiddio amgylchedd ocsigen system wreiddiau cnwd

Mae nodweddion swbstrad yn bendant ar gyfer dosbarthiad dŵr ac ocsigen.Mae'r crynodiad ocsigen yn amgylchedd gwreiddiau llysiau tŷ gwydr yn ymwneud yn bennaf â chynhwysedd dal dŵr swbstrad, dyfrhau (maint ac amlder), strwythur swbstrad a thymheredd stribedi swbstrad.Dim ond pan fydd y cynnwys ocsigen yn yr amgylchedd gwreiddiau o leiaf yn uwch na 10% (4 ~ 5mg / L) y gellir cynnal gweithgaredd y gwreiddiau yn y cyflwr gorau.

Mae system wreiddiau cnydau yn bwysig iawn ar gyfer twf planhigion ac ymwrthedd i glefydau planhigion.Bydd dŵr a maetholion yn cael eu hamsugno yn unol ag anghenion planhigion.Fodd bynnag, mae lefel ocsigen yn yr amgylchedd gwreiddiau i raddau helaeth yn pennu effeithlonrwydd amsugno maetholion a dŵr ac ansawdd y system wreiddiau.Gall lefel ddigonol o ocsigen yn amgylchedd y system wreiddiau sicrhau iechyd y system wreiddiau, fel bod gan blanhigion wrthwynebiad gwell i ficro-organebau pathogenig (Ffigur 3).Mae lefel ocsigen digonol yn y swbstrad hefyd yn lleihau'r risg o gyflyrau anaerobig, gan leihau'r risg o ficro-organebau pathogenig.

Defnydd o ocsigen yn amgylchedd y gwreiddiau

Gall y defnydd uchaf o ocsigen mewn cnydau fod mor uchel â 40mg/m2/h (mae defnydd yn dibynnu ar gnydau).Yn dibynnu ar y tymheredd, gall y dŵr dyfrhau gynnwys hyd at 7 ~ 8mg / L o ocsigen (Ffigur 4).Er mwyn cyrraedd 40 mg, rhaid rhoi 5L o ddŵr bob awr i gwrdd â'r galw am ocsigen, ond mewn gwirionedd, efallai na fydd y swm dyfrhau mewn un diwrnod yn cael ei gyrraedd.Mae hyn yn golygu mai dim ond rhan fach y mae'r ocsigen a ddarperir gan ddyfrhau yn ei chwarae.Mae'r rhan fwyaf o'r cyflenwad ocsigen yn cyrraedd y parth gwraidd trwy fandyllau yn y matrics, ac mae cyfraniad cyflenwad ocsigen trwy fandyllau mor uchel â 90%, yn dibynnu ar yr amser o'r dydd.Pan fydd anweddiad planhigion yn cyrraedd yr uchafswm, mae'r swm dyfrhau hefyd yn cyrraedd yr uchafswm, sy'n cyfateb i 1 ~ 1.5L / m2 / h.Os yw'r dŵr dyfrhau yn cynnwys ocsigen 7mg / L, bydd yn darparu ocsigen 7 ~ 11mg / m2 / h ar gyfer y parth gwreiddiau.Mae hyn yn cyfateb i 17% ~ 25% o'r galw.Wrth gwrs, dim ond i'r sefyllfa y mae dŵr dyfrhau gwael ocsigen yn y swbstrad yn cael ei ddisodli gan ddŵr dyfrhau ffres y mae hyn yn berthnasol.

Yn ogystal â bwyta gwreiddiau, mae micro-organebau yn yr amgylchedd gwreiddiau hefyd yn defnyddio ocsigen.Mae'n anodd meintioli hyn oherwydd ni wnaed unrhyw fesur yn hyn o beth.Gan fod swbstradau newydd yn cael eu disodli bob blwyddyn, gellir tybio bod micro-organebau yn chwarae rhan gymharol fach yn y defnydd o ocsigen.

Optimeiddio tymheredd amgylcheddol gwreiddiau

Mae tymheredd amgylcheddol system wreiddiau yn bwysig iawn ar gyfer twf a swyddogaeth arferol y system wreiddiau, ac mae hefyd yn ffactor pwysig sy'n effeithio ar amsugno dŵr a maetholion gan y system wreiddiau.

Gall tymheredd swbstrad rhy isel (tymheredd y gwraidd) arwain at anhawster i amsugno dŵr.Ar 5 ℃, mae'r amsugno 70% ~ 80% yn is nag ar 20 ℃.Os bydd tymheredd uchel yn cyd-fynd â thymheredd swbstrad isel, bydd yn arwain at wywo planhigion.Mae amsugno ïon yn amlwg yn dibynnu ar dymheredd, sy'n atal amsugno ïon ar dymheredd isel, ac mae sensitifrwydd gwahanol elfennau maetholion i dymheredd yn wahanol.

Mae tymheredd swbstrad rhy uchel hefyd yn ddiwerth, a gall arwain at system wreiddiau rhy fawr.Mewn geiriau eraill, mae dosbarthiad anghytbwys o ddeunydd sych mewn planhigion.Oherwydd bod y system wreiddiau'n rhy fawr, bydd colledion diangen yn digwydd trwy resbiradaeth, a gellid bod wedi defnyddio'r rhan hon o'r ynni a gollwyd ar gyfer rhan cynhaeaf y planhigyn.Ar dymheredd swbstrad uwch, mae'r cynnwys ocsigen toddedig yn is, sy'n cael llawer mwy o effaith ar y cynnwys ocsigen yn yr amgylchedd gwreiddiau na'r ocsigen a ddefnyddir gan ficro-organebau.Mae'r system wreiddiau yn defnyddio llawer o ocsigen, a hyd yn oed yn arwain at hypocsia yn achos strwythur swbstrad neu bridd gwael, gan leihau amsugno dŵr ac ïonau.

Cynnal capasiti dal dŵr rhesymol y matrics.

Mae cydberthynas negyddol rhwng y cynnwys dŵr a'r cynnwys canrannol o ocsigen yn y matrics.Pan fydd y cynnwys dŵr yn cynyddu, mae'r cynnwys ocsigen yn lleihau, ac i'r gwrthwyneb.Mae ystod hanfodol rhwng cynnwys dŵr ac ocsigen yn y matrics, hynny yw, cynnwys dŵr 80% ~ 85% (Ffigur 5).Bydd cynnal a chadw cynnwys dŵr dros 85% yn y swbstrad yn y tymor hir yn effeithio ar y cyflenwad ocsigen.Mae'r rhan fwyaf o'r cyflenwad ocsigen (75% ~ 90%) trwy'r mandyllau yn y matrics.

Ychwanegu dyfrhau i gynnwys ocsigen yn y swbstrad

Bydd mwy o olau haul yn arwain at ddefnydd uwch o ocsigen a chrynodiad ocsigen is yn y gwreiddiau (Ffigur 6), a bydd mwy o siwgr yn gwneud y defnydd o ocsigen yn uwch yn y nos.Mae trydarthiad yn gryf, mae amsugno dŵr yn fawr, ac mae mwy o aer a mwy o ocsigen yn y swbstrad.Gellir gweld o ochr chwith Ffigur 7 y bydd y cynnwys ocsigen yn y swbstrad yn cynyddu ychydig ar ôl dyfrhau o dan yr amod bod cynhwysedd dal dŵr y swbstrad yn uchel a bod y cynnwys aer yn isel iawn.Fel y dangosir ar y dde o ffig.7, o dan gyflwr goleuo cymharol well, mae'r cynnwys aer yn y swbstrad yn cynyddu oherwydd mwy o amsugno dŵr (yr un amseroedd dyfrhau).Mae dylanwad cymharol dyfrhau ar y cynnwys ocsigen yn y swbstrad yn llawer llai na'r gallu dal dŵr (cynnwys aer) yn y swbstrad.

Trafod

Mewn cynhyrchiad gwirioneddol, mae'n hawdd anwybyddu cynnwys ocsigen (aer) mewn amgylchedd gwreiddiau cnydau, ond mae'n ffactor pwysig i sicrhau twf arferol cnydau a datblygiad iach gwreiddiau.

Er mwyn cael y cynnyrch mwyaf posibl wrth gynhyrchu cnydau, mae'n bwysig iawn amddiffyn amgylchedd y system wreiddiau yn y cyflwr gorau cymaint â phosibl.Mae astudiaethau wedi dangos bod yr O₂bydd cynnwys yn amgylchedd y system wreiddiau o dan 4mg/L yn cael effaith negyddol ar dyfiant cnydau.Yr O₂mae cynnwys yn yr amgylchedd gwreiddiau yn cael ei ddylanwadu'n bennaf gan ddyfrhau (swm ac amlder dyfrhau), strwythur swbstrad, cynnwys dŵr swbstrad, tymheredd tŷ gwydr a swbstrad, a bydd patrymau plannu gwahanol yn wahanol.Mae gan algâu a micro-organebau hefyd berthynas benodol â chynnwys ocsigen yn amgylchedd gwreiddiau cnydau hydroponig.Mae hypocsia nid yn unig yn achosi datblygiad araf planhigion, ond hefyd yn cynyddu pwysau pathogenau gwreiddiau (pythium, phytophthora, fusarium) ar dyfiant gwreiddiau.

Mae strategaeth ddyfrhau yn cael dylanwad sylweddol ar yr O₂cynnwys yn y swbstrad, ac mae hefyd yn ffordd fwy rheoladwy yn y broses blannu.Mae rhai astudiaethau plannu rhosyn wedi canfod y gall cynyddu'r cynnwys dŵr yn y swbstrad yn araf (yn y bore) gael cyflwr ocsigen gwell.Yn yr is-haen â chynhwysedd dal dŵr isel, gall y swbstrad gynnal cynnwys ocsigen uchel, ac ar yr un pryd, mae angen osgoi'r gwahaniaeth mewn cynnwys dŵr rhwng swbstradau trwy amlder dyfrhau uwch a chyfwng byrrach.Po isaf yw cynhwysedd dal dŵr swbstradau, y mwyaf yw'r gwahaniaeth rhwng swbstradau.Mae swbstrad llaith, amlder dyfrhau is ac egwyl hirach yn sicrhau mwy o ailosod aer ac amodau ocsigen ffafriol.

Mae draeniad y swbstrad yn ffactor arall sy'n dylanwadu'n fawr ar y gyfradd adnewyddu a'r graddiant crynodiad ocsigen yn y swbstrad, yn dibynnu ar fath a chynhwysedd dal dŵr yr is-haen.Ni ddylai hylif dyfrhau aros ar waelod y swbstrad yn rhy hir, ond dylid ei ollwng yn gyflym fel bod dŵr dyfrhau ffres wedi'i gyfoethogi ag ocsigen yn gallu cyrraedd gwaelod y swbstrad eto.Gall y cyflymder draenio gael ei ddylanwadu gan rai mesurau cymharol syml, megis graddiant y swbstrad yn y cyfarwyddiadau hydredol a lled.Po fwyaf yw'r graddiant, y cyflymaf yw'r cyflymder draenio.Mae gan wahanol swbstradau agoriadau gwahanol ac mae nifer yr allfeydd hefyd yn wahanol.

DIWEDD

[gwybodaeth dyfyniadau]

Xie Yuanpei.Effeithiau cynnwys ocsigen amgylcheddol mewn gwreiddiau cnydau tŷ gwydr ar dyfiant cnydau [J].Technoleg Peirianneg Amaethyddol, 2022, 42(31):21-24.