Téhnologi rékayasa tatanén pikeun ngebon rumah kacaDipublikasikeun di Beijing tabuh 17:30 tanggal 13 Januari 2023.

Nyerep kaseueuran unsur nutrisi mangrupikeun prosés anu raket patalina sareng kagiatan métabolik akar pepelakan. Prosés ieu meryogikeun énergi anu dihasilkeun ku réspirasi sél akar, sareng panyerepan cai ogé diatur ku suhu sareng réspirasi, sareng réspirasi meryogikeun partisipasi oksigén, janten oksigén dina lingkungan akar gaduh dampak anu penting kana kamekaran normal pepelakan. Kandungan oksigén anu leyur dina cai dipangaruhan ku suhu sareng salinitas, sareng struktur substrat nangtukeun kandungan hawa dina lingkungan akar. Irigasi gaduh béda anu ageung dina pembaruan sareng suplementasi kandungan oksigén dina substrat kalayan kaayaan kandungan cai anu béda. Aya seueur faktor pikeun ngaoptimalkeun kandungan oksigén dina lingkungan akar, tapi tingkat pangaruh unggal faktor rada béda. Ngajaga kapasitas nahan cai substrat anu wajar (eusi hawa) mangrupikeun premis pikeun ngajaga kandungan oksigén anu luhur dina lingkungan akar.

Pangaruh suhu sareng salinitas kana eusi oksigén jenuh dina larutan

Kandungan oksigén anu leyur dina cai

Oksigén anu leyur leyur dina oksigén anu teu kaiket atanapi bébas dina cai, sareng eusi oksigén anu leyur dina cai bakal ngahontal maksimum dina suhu anu tangtu, nyaéta eusi oksigén jenuh. Eusi oksigén jenuh dina cai robih sareng suhu, sareng nalika suhu naék, eusi oksigén turun. Eusi oksigén jenuh cai herang langkung luhur tibatan cai laut anu ngandung uyah (Gambar1), janten eusi oksigén jenuh tina larutan nutrisi kalayan konsentrasi anu béda bakal béda.

Transportasi oksigén dina matriks

Oksigén anu tiasa diala ku akar pepelakan rumah kaca tina larutan nutrisi kedah dina kaayaan bébas, sareng oksigén diangkut dina substrat ngalangkungan hawa sareng cai sareng cai di sakitar akar. Nalika éta aya dina kasaimbangan sareng eusi oksigén dina hawa dina suhu anu ditangtukeun, oksigén anu leyur dina cai ngahontal maksimum, sareng parobahan eusi oksigén dina hawa bakal nyababkeun parobahan proporsional eusi oksigén dina cai.

Pangaruh setrés hipoksia dina lingkungan akar kana pepelakan

Sabab hipoksia akar

Aya sababaraha alesan kunaon résiko hipoksia dina hidroponik sareng sistem budidaya substrat langkung luhur dina usum panas. Anu mimiti, kandungan oksigén jenuh dina cai bakal turun nalika suhu naék. Kadua, oksigén anu diperyogikeun pikeun ngajaga kamekaran akar ningkat nalika suhu naék. Salajengna, jumlah panyerepan nutrisi langkung luhur dina usum panas, janten paménta oksigén pikeun panyerepan nutrisi langkung luhur. Éta nyababkeun turunna kandungan oksigén dina lingkungan akar sareng kurangna suplemén anu efektif, anu nyababkeun hipoksia dina lingkungan akar.

Nyerep sareng tumuwuh

Nyerep kalolobaan nutrisi penting gumantung kana prosés anu raket patalina jeung métabolisme akar, anu merlukeun énergi anu dihasilkeun ku réspirasi sél akar, nyaéta, dékomposisi produk fotosintésis dina ayana oksigén. Panilitian nunjukkeun yén 10% ~ 20% tina total asimilat pepelakan tomat dianggo dina akar, 50% dianggo pikeun nyerep ion nutrisi, 40% pikeun tumuwuh sareng ngan 10% pikeun pangropéa. Akar kedah mendakan oksigén dina lingkungan langsung dimana aranjeunna ngaleupaskeun CO2.₂Dina kaayaan anaérobik anu disababkeun ku ventilasi anu goréng dina substrat sareng hidroponik, hipoksia bakal mangaruhan panyerepan cai sareng nutrisi. Hipoksia ngagaduhan réspon anu gancang kana panyerepan nutrisi aktif, nyaéta nitrat (NO₃^-), kalium (K) jeung fosfat (PO4)₄^3-), anu bakal ngaganggu panyerepan pasif kalsium (Ca) sareng magnésium (Mg).

Tumuwuhna akar tutuwuhan butuh énergi, aktivitas akar normal butuh konsentrasi oksigén anu panghandapna, sareng konsentrasi oksigén di handap nilai COP janten faktor anu ngawatesan métabolisme sél akar (hipoksia). Nalika tingkat kandungan oksigén rendah, tumuwuhna bakal ngalambat atanapi malah eureun. Upami hipoksia akar parsial ngan ukur mangaruhan dahan sareng daun, sistem akar tiasa ngimbangan bagian tina sistem akar anu henteu aktip deui ku alesan anu tangtu ku cara ningkatkeun panyerepan lokal.

Mékanisme métabolisme tutuwuhan gumantung kana oksigén salaku panampi éléktron. Tanpa oksigén, produksi ATP bakal eureun. Tanpa ATP, kaluarna proton tina akar bakal eureun, geutah sél tina sél akar bakal jadi asam, sareng sél-sél ieu bakal maot dina sababaraha jam. Hipoksia samentawis sareng jangka pondok moal nyababkeun setrés nutrisi anu teu tiasa dibalikkeun deui dina tutuwuhan. Kusabab mékanisme "réspirasi nitrat", éta tiasa janten adaptasi jangka pondok pikeun nungkulan hipoksia salaku cara alternatif salami hipoksia akar. Nanging, hipoksia jangka panjang bakal nyababkeun kamekaran anu laun, panurunan luas daun sareng panurunan beurat seger sareng garing, anu bakal nyababkeun panurunan anu signifikan dina hasil panén.

Étiléna

Tutuwuhan bakal ngabentuk étilén in situ dina kaayaan setrés anu parah. Biasana, étilén dipiceun tina akar ku cara nyebar ka hawa taneuh. Nalika aya cai anu ngeuyeumbeu, formasi étilén henteu ngan ukur bakal ningkat, tapi ogé difusi bakal dikirangan pisan sabab akar dikurilingan ku cai. Kanaékan konsentrasi étilén bakal nyababkeun formasi jaringan aerasi dina akar (Gambar 2). Étilén ogé tiasa nyababkeun sepuh daun, sareng interaksi antara étilén sareng auksin bakal ningkatkeun formasi akar adventif.

Setrés oksigén nyababkeun kamekaran daun anu nurun

ABA dihasilkeun dina akar sareng daun pikeun nungkulan rupa-rupa setrés lingkungan. Dina lingkungan akar, réspon has kana setrés nyaéta panutupan stomata, anu ngalibatkeun formasi ABA. Sateuacan stomata ditutup, luhur pepelakan kaleungitan tekanan bareuh, daun luhur layu, sareng efisiensi fotosintésis ogé tiasa turun. Seueur panilitian anu nunjukkeun yén stomata ngaréspon kana paningkatan konsentrasi ABA dina apoplast ku cara nutup, nyaéta, total eusi ABA dina non-daun ku cara ngaleupaskeun ABA intraseluler, pepelakan tiasa ningkatkeun konsentrasi ABA apoplast gancang pisan. Nalika pepelakan aya dina setrés lingkungan, aranjeunna mimiti ngaleupaskeun ABA dina sél, sareng sinyal pelepasan akar tiasa dikirimkeun dina sababaraha menit tinimbang sababaraha jam. Kanaékan ABA dina jaringan daun tiasa ngirangan pemanjangan témbok sél sareng nyababkeun panurunan pemanjangan daun. Pangaruh séjén tina hipoksia nyaéta umur daun disingget, anu bakal mangaruhan sadaya daun. Hipoksia biasana nyababkeun panurunan transportasi sitokinin sareng nitrat. Kakurangan nitrogén atawa sitokinin bakal ngurangan waktu pangropéa lega daun sarta ngeureunkeun tumuwuhna dahan jeung daun dina sababaraha poé.

Ngaoptimalkeun lingkungan oksigén dina sistem akar pepelakan

Ciri-ciri substrat penting pisan pikeun distribusi cai sareng oksigén. Konsentrasi oksigén dina lingkungan akar sayuran rumah kaca utamina aya hubunganana sareng kapasitas substrat nahan cai, irigasi (ukuran sareng frékuénsi), struktur substrat sareng suhu jalur substrat. Ngan nalika kandungan oksigén dina lingkungan akar sahenteuna di luhur 10% (4 ~ 5mg / L) kagiatan akar tiasa dijaga dina kaayaan anu pangsaéna.

Sistem akar pepelakan penting pisan pikeun kamekaran pepelakan sareng résistansi panyakit pepelakan. Cai sareng nutrisi bakal diserep numutkeun kabutuhan pepelakan. Nanging, tingkat oksigén dina lingkungan akar sacara ageung nangtukeun efisiensi panyerepan nutrisi sareng cai sareng kualitas sistem akar. Tingkat oksigén anu cekap dina lingkungan sistem akar tiasa mastikeun kaséhatan sistem akar, supados pepelakan gaduh résistansi anu langkung saé kana mikroorganisme patogén (Gambar 3). Tingkat oksigén anu cekap dina substrat ogé ngaminimalkeun résiko kaayaan anaérobik, sahingga ngaminimalkeun résiko mikroorganisme patogén.

Konsumsi oksigén dina lingkungan akar

Konsumsi oksigén maksimum pepelakan tiasa dugi ka 40mg/m2/jam (konsumsi gumantung kana pepelakan). Gumantung kana suhu, cai irigasi tiasa ngandung dugi ka 7 ~ 8mg/L oksigén (Gambar 4). Pikeun ngahontal 40 mg, 5L cai kedah dipasihkeun unggal jam pikeun minuhan kabutuhan oksigén, tapi kanyataanna, jumlah irigasi dina hiji dinten panginten henteu kahontal. Ieu ngandung harti yén oksigén anu disayogikeun ku irigasi ngan ukur maénkeun peran leutik. Kaseueuran suplai oksigén ngahontal zona akar ngalangkungan pori-pori dina matriks, sareng kontribusi suplai oksigén ngalangkungan pori-pori dugi ka 90%, gumantung kana waktosna. Nalika penguapan pepelakan ngahontal maksimum, jumlah irigasi ogé ngahontal maksimum, anu sami sareng 1 ~ 1.5L/m2/jam. Upami cai irigasi ngandung 7mg/L oksigén, éta bakal nyayogikeun 7 ~ 11mg/m2/jam oksigén pikeun zona akar. Ieu sami sareng 17% ~ 25% tina paménta. Tangtosna, ieu ngan lumaku pikeun kaayaan dimana cai irigasi anu miskin oksigén dina substrat diganti ku cai irigasi seger.

Salian ti konsumsi akar, mikroorganisme dina lingkungan akar ogé ngonsumsi oksigén. Hésé pikeun ngitung ieu sabab teu acan aya pangukuran anu dilakukeun dina hal ieu. Kusabab substrat anyar digentos unggal taun, tiasa dianggap yén mikroorganisme maénkeun peran anu relatif alit dina konsumsi oksigén.

Optimalkeun suhu lingkungan akar

Suhu lingkungan sistem akar penting pisan pikeun kamekaran sareng fungsi normal sistem akar, sareng éta ogé mangrupikeun faktor penting anu mangaruhan panyerepan cai sareng nutrisi ku sistem akar.

Suhu substrat anu handap teuing (suhu akar) tiasa nyababkeun kasusah dina nyerep cai. Dina suhu 5℃, panyerepan 70% ~ 80% langkung handap tibatan dina suhu 20℃. Upami suhu substrat anu handap dibarengan ku suhu anu luhur, éta bakal nyababkeun pepelakan layu. Nyerep ion jelas gumantung kana suhu, anu ngahalangan panyerepan ion dina suhu anu handap, sareng sensitivitas unsur nutrisi anu béda-béda kana suhu béda-béda.

Suhu substrat anu luhur teuing ogé teu aya gunana, sareng tiasa nyababkeun sistem akar anu ageung teuing. Kalayan kecap sanésna, aya distribusi bahan garing anu teu saimbang dina pepelakan. Kusabab sistem akar ageung teuing, karugian anu teu perlu bakal kajantenan ngalangkungan réspirasi, sareng bagian énergi anu leungit ieu tiasa dianggo pikeun bagian panén pepelakan. Dina suhu substrat anu langkung luhur, kandungan oksigén anu leyur langkung handap, anu gaduh dampak anu langkung ageung kana kandungan oksigén dina lingkungan akar tibatan oksigén anu dikonsumsi ku mikroorganisme. Sistem akar ngonsumsi seueur oksigén, sareng bahkan nyababkeun hipoksia dina kasus struktur substrat atanapi taneuh anu goréng, sahingga ngirangan panyerepan cai sareng ion.

Pertahankeun kapasitas nahan cai matriks anu wajar.

Aya korélasi négatif antara kandungan cai sareng persentase kandungan oksigén dina matriks. Nalika kandungan cai ningkat, kandungan oksigén nurun, sareng sabalikna. Aya rentang kritis antara kandungan cai sareng oksigén dina matriks, nyaéta, kandungan cai 80% ~ 85% (Gambar 5). Pangropéa jangka panjang kandungan cai di luhur 85% dina substrat bakal mangaruhan suplai oksigén. Kaseueuran suplai oksigén (75% ~ 90%) ngaliwatan pori-pori dina matriks.

Tambahan irigasi kana kandungan oksigén dina substrat

Langkung seueur sinar panonpoé bakal nyababkeun konsumsi oksigén anu langkung luhur sareng konsentrasi oksigén anu langkung handap dina akar (Gambar 6), sareng langkung seueur gula bakal ngajantenkeun konsumsi oksigén langkung luhur wengi. Transpirasi kuat, panyerepan cai ageung, sareng aya langkung seueur hawa sareng langkung seueur oksigén dina substrat. Tiasa ditingali ti kénca Gambar 7 yén eusi oksigén dina substrat bakal ningkat sakedik saatos irigasi dina kaayaan kapasitas nahan cai substrat luhur sareng eusi hawa rendah pisan. Sakumaha anu dipidangkeun di katuhu gambar 7, dina kaayaan katerangan anu relatif langkung saé, eusi hawa dina substrat ningkat kusabab panyerepan cai langkung seueur (waktos irigasi anu sami). Pangaruh relatif irigasi kana eusi oksigén dina substrat jauh langkung alit tibatan kapasitas nahan cai (eusi hawa) dina substrat.

Sawalakeun

Dina produksi anu saleresna, kandungan oksigén (hawa) dina lingkungan akar pepelakan gampang dipopohokeun, tapi éta mangrupikeun faktor penting pikeun mastikeun kamekaran pepelakan anu normal sareng kamekaran akar anu séhat.

Pikeun kéngingkeun hasil anu maksimal salami produksi pepelakan, penting pisan pikeun ngajaga lingkungan sistem akar dina kaayaan anu pangsaéna. Panilitian nunjukkeun yén O₂eusi dina lingkungan sistem akar di handap 4mg/L bakal gaduh dampak négatif kana kamekaran pepelakan. O₂Eusi dina lingkungan akar utamina dipangaruhan ku irigasi (jumlah sareng frékuénsi irigasi), struktur substrat, eusi cai substrat, suhu rumah kaca sareng substrat, sareng pola penanaman anu béda bakal béda. Ganggang sareng mikroorganisme ogé gaduh hubungan anu tangtu sareng eusi oksigén dina lingkungan akar pepelakan hidroponik. Hipoksia henteu ngan ukur nyababkeun kamekaran pepelakan anu laun, tapi ogé ningkatkeun tekanan patogén akar (pythium, phytophthora, fusarium) kana kamekaran akar.

Strategi irigasi miboga pangaruh anu signifikan kana₂eusi dina substrat, sareng éta ogé mangrupikeun cara anu langkung tiasa dikontrol dina prosés penanaman. Sababaraha panilitian penanaman mawar mendakan yén ningkatkeun eusi cai dina substrat sacara laun (isuk-isuk) tiasa kéngingkeun kaayaan oksigén anu langkung saé. Dina substrat kalayan kapasitas nahan cai anu handap, substrat tiasa ngajaga eusi oksigén anu luhur, sareng dina waktos anu sami, perlu pikeun nyingkahan bédana eusi cai antara substrat ngalangkungan frékuénsi irigasi anu langkung luhur sareng interval anu langkung pondok. Beuki handap kapasitas nahan cai substrat, beuki ageung bédana antara substrat. Substrat anu baseuh, frékuénsi irigasi anu langkung handap sareng interval anu langkung panjang mastikeun langkung seueur panggantian hawa sareng kaayaan oksigén anu nguntungkeun.

Drainase substrat mangrupikeun faktor sanés anu gaduh pangaruh anu ageung kana laju pembaruan sareng gradien konsentrasi oksigén dina substrat, gumantung kana jinis sareng kapasitas nahan cai substrat. Cairan irigasi henteu kedah cicing di handapeun substrat lami teuing, tapi kedah dikaluarkeun gancang supados cai irigasi anu beunghar oksigén seger tiasa dugi ka handapeun substrat deui. Laju drainase tiasa dipangaruhan ku sababaraha ukuran anu kawilang saderhana, sapertos gradien substrat dina arah longitudinal sareng lébar. Beuki ageung gradien, beuki gancang laju drainase. Substrat anu béda-béda gaduh bukaan anu béda sareng jumlah outlet ogé béda.

TUNGTUNG

[inpormasi kutipan]

Xie Yuanpei. Pangaruh kandungan oksigén lingkungan dina akar pepelakan rumah kaca kana kamekaran pepelakan [J]. Téhnologi Rékayasa Pertanian, 2022,42(31):21-24.