Teknolojia ya uhandisi wa kilimo ya bustani ya chafu Iliyochapishwa Beijing saa 17:30 mnamo Januari 13, 2023.

Unyonyaji wa vipengele vingi vya virutubisho ni mchakato unaohusiana kwa karibu na shughuli za kimetaboliki za mizizi ya mimea.Taratibu hizi zinahitaji nishati inayotokana na kupumua kwa seli za mizizi, na ngozi ya maji pia inadhibitiwa na joto na kupumua, na kupumua kunahitaji ushiriki wa oksijeni, hivyo oksijeni katika mazingira ya mizizi ina athari muhimu kwa ukuaji wa kawaida wa mazao.Maudhui ya oksijeni iliyoyeyushwa katika maji huathiriwa na joto na chumvi, na muundo wa substrate huamua maudhui ya hewa katika mazingira ya mizizi.Umwagiliaji una tofauti kubwa katika upyaji na uongezaji wa maudhui ya oksijeni katika substrates na majimbo tofauti ya maji.Kuna mambo mengi ya kuongeza kiwango cha oksijeni katika mazingira ya mizizi, lakini kiwango cha ushawishi cha kila sababu ni tofauti kabisa.Kudumisha uwezo wa kutosha wa kushikilia maji ya substrate (yaliyomo hewa) ni msingi wa kudumisha kiwango cha juu cha oksijeni katika mazingira ya mizizi.

Madhara ya joto na chumvi kwenye maudhui ya oksijeni iliyojaa katika mmumunyo

Yaliyomo ya oksijeni katika maji

Oksijeni iliyoyeyushwa hupasuka katika oksijeni isiyofungwa au ya bure katika maji, na maudhui ya oksijeni iliyoyeyushwa katika maji yatafikia kiwango cha juu kwa joto fulani, ambalo ni maudhui ya oksijeni yaliyojaa.Oksijeni iliyojaa katika maji hubadilika kulingana na hali ya joto, na wakati joto linapoongezeka, maudhui ya oksijeni hupungua.Maudhui ya oksijeni yaliyojaa ya maji safi ni ya juu kuliko yale ya maji ya bahari yenye chumvi (Mchoro 1), hivyo maudhui ya oksijeni yaliyojaa ya miyeyusho ya virutubisho na viwango tofauti itakuwa tofauti.

Usafirishaji wa oksijeni kwenye tumbo

Oksijeni ambayo mizizi ya mazao ya chafu inaweza kupata kutoka kwa suluhisho la virutubisho lazima iwe katika hali ya bure, na oksijeni husafirishwa kwenye substrate kupitia hewa na maji na maji karibu na mizizi.Inapokuwa katika usawa na maudhui ya oksijeni katika hewa kwa joto fulani, oksijeni iliyoyeyushwa katika maji hufikia kiwango cha juu, na mabadiliko ya maudhui ya oksijeni katika hewa yatasababisha mabadiliko ya uwiano wa maudhui ya oksijeni katika maji.

Madhara ya mkazo wa hypoxia katika mazingira ya mizizi kwenye mazao

Sababu za hypoxia ya mizizi

Kuna sababu kadhaa kwa nini hatari ya hypoxia katika hydroponics na mifumo ya kilimo cha substrate ni kubwa katika majira ya joto.Kwanza kabisa, kiwango cha oksijeni kilichojaa ndani ya maji kitapungua kadri hali ya joto inavyoongezeka.Pili, oksijeni inayohitajika kudumisha ukuaji wa mizizi huongezeka na ongezeko la joto.Zaidi ya hayo, kiasi cha ufyonzwaji wa virutubisho ni kikubwa katika majira ya joto, hivyo mahitaji ya oksijeni kwa ajili ya ufyonzaji wa virutubisho ni ya juu.Inasababisha kupungua kwa maudhui ya oksijeni katika mazingira ya mizizi na ukosefu wa ziada ya ufanisi, ambayo husababisha hypoxia katika mazingira ya mizizi.

Kunyonya na ukuaji

Unyonyaji wa virutubisho muhimu zaidi hutegemea taratibu zinazohusiana kwa karibu na kimetaboliki ya mizizi, ambayo inahitaji nishati inayotokana na kupumua kwa seli ya mizizi, yaani, mtengano wa bidhaa za photosynthetic mbele ya oksijeni.Uchunguzi umeonyesha kuwa 10% ~ 20% ya assimilates jumla ya mimea ya nyanya hutumiwa kwenye mizizi, 50% ambayo hutumiwa kwa unyonyaji wa ioni za virutubisho, 40% kwa ukuaji na 10% tu kwa ajili ya matengenezo.Mizizi lazima ipate oksijeni katika mazingira ya moja kwa moja ambapo hutoa CO₂.Chini ya hali ya anaerobic inayosababishwa na uingizaji hewa mbaya katika substrates na hidroponics, hypoxia itaathiri ngozi ya maji na virutubisho.Hypoxia ina mwitikio wa haraka kwa ufyonzwaji hai wa virutubisho, yaani nitrati (NO₃^-), potasiamu (K) na fosforasi (PO₄^3-), ambayo itaingilia kati kunyonya kwa kalsiamu (Ca) na magnesiamu (Mg).

Ukuaji wa mizizi ya mmea unahitaji nishati, shughuli ya kawaida ya mizizi inahitaji ukolezi wa chini wa oksijeni, na ukolezi wa oksijeni chini ya thamani ya COP inakuwa sababu inayozuia kimetaboliki ya seli za mizizi (hypoxia).Wakati kiwango cha maudhui ya oksijeni ni cha chini, ukuaji hupungua au hata kuacha.Ikiwa hypoxia ya sehemu ya mizizi huathiri tu matawi na majani, mfumo wa mizizi unaweza kufidia sehemu ya mfumo wa mizizi ambayo haifanyi kazi tena kwa sababu fulani kwa kuongeza unyonyaji wa ndani.

Utaratibu wa kimetaboliki wa mmea hutegemea oksijeni kama kipokeaji elektroni.Bila oksijeni, uzalishaji wa ATP utaacha.Bila ATP, utokaji wa protoni kutoka kwa mizizi utaacha, utomvu wa seli ya seli za mizizi itakuwa tindikali, na seli hizi zitakufa ndani ya masaa machache.Hypoxia ya muda na ya muda mfupi haitasababisha shida ya lishe isiyoweza kurekebishwa katika mimea.Kwa sababu ya utaratibu wa "kupumua kwa nitrate", inaweza kuwa marekebisho ya muda mfupi ili kukabiliana na hypoxia kama njia mbadala wakati wa hypoxia ya mizizi.Hata hivyo, hypoxia ya muda mrefu itasababisha ukuaji wa polepole, kupungua kwa eneo la majani na kupungua kwa uzito safi na kavu, ambayo itasababisha kupungua kwa kiasi kikubwa kwa mazao.

Ethilini

Mimea itaunda ethylene in situ chini ya dhiki nyingi.Kawaida, ethylene huondolewa kwenye mizizi kwa kuenea kwenye hewa ya udongo.Wakati maji ya maji hutokea, uundaji wa ethylene hautaongezeka tu, lakini pia uenezi utapungua sana kwa sababu mizizi imezungukwa na maji.Kuongezeka kwa mkusanyiko wa ethilini itasababisha kuundwa kwa tishu za aeration kwenye mizizi (Mchoro 2).Ethilini pia inaweza kusababisha senescence ya majani, na mwingiliano kati ya ethilini na auxin itaongeza uundaji wa mizizi ya adventitious.

Mkazo wa oksijeni husababisha kupungua kwa ukuaji wa majani

ABA huzalishwa katika mizizi na majani ili kukabiliana na matatizo mbalimbali ya mazingira.Katika mazingira ya mizizi, majibu ya kawaida kwa dhiki ni kufungwa kwa tumbo, ambayo inahusisha uundaji wa ABA.Kabla ya stomata kufungwa, juu ya mmea hupoteza shinikizo la uvimbe, majani ya juu yananyauka, na ufanisi wa photosynthetic pia unaweza kupungua.Masomo mengi yameonyesha kuwa stomata hujibu kwa ongezeko la mkusanyiko wa ABA katika apoplast kwa kufunga, yaani, jumla ya maudhui ya ABA katika yasiyo ya majani kwa kutoa ABA ya intracellular, mimea inaweza kuongeza mkusanyiko wa apoplast ABA haraka sana.Wakati mimea iko chini ya mkazo wa mazingira, huanza kutoa ABA kwenye seli, na ishara ya kutolewa kwa mizizi inaweza kupitishwa kwa dakika badala ya masaa.Kuongezeka kwa ABA katika tishu za majani kunaweza kupunguza urefu wa ukuta wa seli na kusababisha kupungua kwa urefu wa majani.Athari nyingine ya hypoxia ni kwamba muda wa maisha ya majani umefupishwa, ambayo itaathiri majani yote.Hypoxia kawaida husababisha kupungua kwa usafirishaji wa cytokinin na nitrate.Ukosefu wa nitrojeni au cytokinin itapunguza muda wa matengenezo ya eneo la jani na kuacha ukuaji wa matawi na majani ndani ya siku chache.

Kuboresha mazingira ya oksijeni ya mfumo wa mizizi ya mazao

Tabia za substrate ni maamuzi kwa usambazaji wa maji na oksijeni.Mkusanyiko wa oksijeni katika mazingira ya mizizi ya mboga za chafu huhusishwa hasa na uwezo wa kushikilia maji ya substrate, umwagiliaji (ukubwa na mzunguko), muundo wa substrate na joto la substrate strip.Wakati tu maudhui ya oksijeni katika mazingira ya mizizi ni angalau zaidi ya 10% (4~5mg/L) ndipo shughuli ya mizizi inaweza kudumishwa katika hali bora zaidi.

Mfumo wa mizizi ya mazao ni muhimu sana kwa ukuaji wa mimea na upinzani wa magonjwa ya mimea.Maji na virutubisho vitafyonzwa kulingana na mahitaji ya mimea.Hata hivyo, kiwango cha oksijeni katika mazingira ya mizizi kwa kiasi kikubwa huamua ufanisi wa kunyonya wa virutubisho na maji na ubora wa mfumo wa mizizi.Ngazi ya oksijeni ya kutosha katika mazingira ya mfumo wa mizizi inaweza kuhakikisha afya ya mfumo wa mizizi, ili mimea iwe na upinzani bora kwa microorganisms pathogenic (Mchoro 3).Kiwango cha kutosha cha oksijeni katika substrate pia hupunguza hatari ya hali ya anaerobic, hivyo kupunguza hatari ya microorganisms pathogenic.

Matumizi ya oksijeni katika mazingira ya mizizi

Kiwango cha juu cha matumizi ya oksijeni ya mazao kinaweza kufikia 40mg/m2/h (matumizi hutegemea mazao).Kulingana na halijoto, maji ya umwagiliaji yanaweza kuwa na hadi 7~8mg/L ya oksijeni (Mchoro 4).Ili kufikia miligramu 40, lita 5 za maji zinapaswa kutolewa kila saa ili kukidhi mahitaji ya oksijeni, lakini kwa kweli, kiasi cha umwagiliaji katika siku moja kinaweza kufikiwa.Hii ina maana kwamba oksijeni inayotolewa na umwagiliaji ina jukumu ndogo tu.Ugavi mwingi wa oksijeni hufikia eneo la mizizi kupitia pores kwenye tumbo, na mchango wa usambazaji wa oksijeni kupitia pores ni wa juu hadi 90%, kulingana na wakati wa siku.Wakati uvukizi wa mimea unafikia kiwango cha juu, kiasi cha umwagiliaji pia kinafikia kiwango cha juu, ambacho ni sawa na 1 ~ 1.5L / m2 / h.Ikiwa maji ya umwagiliaji yana oksijeni ya 7mg/L, yatatoa oksijeni 7~11mg/m2/h kwa eneo la mizizi.Hii ni sawa na 17% ~ 25% ya mahitaji.Bila shaka, hii inatumika tu kwa hali kwamba maji ya umwagiliaji duni ya oksijeni katika substrate hubadilishwa na maji safi ya umwagiliaji.

Mbali na matumizi ya mizizi, microorganisms katika mazingira ya mizizi pia hutumia oksijeni.Ni ngumu kuhesabu hii kwa sababu hakuna kipimo kilichofanywa katika suala hili.Kwa kuwa substrates mpya hubadilishwa kila mwaka, inaweza kuzingatiwa kuwa microorganisms zina jukumu ndogo katika matumizi ya oksijeni.

Kuongeza joto la mazingira ya mizizi

Joto la mazingira la mfumo wa mizizi ni muhimu sana kwa ukuaji wa kawaida na kazi ya mfumo wa mizizi, na pia ni jambo muhimu linaloathiri unyonyaji wa maji na virutubisho na mfumo wa mizizi.

Joto la chini sana la substrate (joto la mizizi) linaweza kusababisha ugumu wa kunyonya maji.Katika 5℃, kunyonya ni 70% ~ 80% chini kuliko 20℃.Ikiwa joto la chini la substrate linafuatana na joto la juu, itasababisha kupanda kwa mimea.Unyonyaji wa ioni kwa hakika hutegemea halijoto, ambayo huzuia ufyonzaji wa ioni kwenye joto la chini, na unyeti wa vipengele tofauti vya virutubisho kwa halijoto ni tofauti.

Joto la juu sana la substrate pia haina maana, na inaweza kusababisha mfumo mkubwa wa mizizi.Kwa maneno mengine, kuna usambazaji usio na usawa wa suala kavu katika mimea.Kwa sababu mfumo wa mizizi ni mkubwa sana, hasara zisizohitajika zitatokea kwa kupumua, na sehemu hii ya nishati iliyopotea ingeweza kutumika kwa sehemu ya mavuno ya mmea.Katika joto la juu la substrate, maudhui ya oksijeni yaliyofutwa ni ya chini, ambayo yana athari kubwa zaidi kwenye maudhui ya oksijeni katika mazingira ya mizizi kuliko oksijeni inayotumiwa na microorganisms.Mfumo wa mizizi hutumia oksijeni nyingi, na hata husababisha hypoxia katika kesi ya substrate maskini au muundo wa udongo, hivyo kupunguza ngozi ya maji na ions.

Kudumisha uwezo wa kushika maji unaostahili wa matrix.

Kuna uwiano mbaya kati ya maudhui ya maji na asilimia ya maudhui ya oksijeni kwenye tumbo.Wakati maudhui ya maji yanapoongezeka, maudhui ya oksijeni hupungua, na kinyume chake.Kuna anuwai muhimu kati ya kiwango cha maji na oksijeni kwenye tumbo, ambayo ni, 80% ~ 85% ya kiwango cha maji (Mchoro 5).Matengenezo ya muda mrefu ya maudhui ya maji zaidi ya 85% katika substrate yataathiri usambazaji wa oksijeni.Sehemu kubwa ya usambazaji wa oksijeni (75% ~ 90%) ni kupitia matundu kwenye tumbo.

Nyongeza ya umwagiliaji kwa maudhui ya oksijeni katika substrate

Mwangaza zaidi wa jua utasababisha matumizi makubwa ya oksijeni na kupunguza ukolezi wa oksijeni kwenye mizizi (Mchoro 6), na sukari zaidi itafanya matumizi ya oksijeni kuwa juu zaidi usiku.Mpito ni nguvu, ngozi ya maji ni kubwa, na kuna hewa zaidi na oksijeni zaidi katika substrate.Inaweza kuonekana kutoka upande wa kushoto wa Mchoro wa 7 kwamba maudhui ya oksijeni katika substrate yataongezeka kidogo baada ya umwagiliaji chini ya hali ya kwamba uwezo wa kushikilia maji wa substrate ni ya juu na maudhui ya hewa ni ya chini sana.Kama inavyoonyeshwa upande wa kulia wa mtini.7, chini ya hali ya uangazaji bora zaidi, maudhui ya hewa katika substrate huongezeka kutokana na kunyonya maji zaidi (nyakati sawa za umwagiliaji).Ushawishi wa jamaa wa umwagiliaji kwenye maudhui ya oksijeni katika substrate ni ndogo sana kuliko uwezo wa kushikilia maji (yaliyomo hewa) katika substrate.

Jadili

Katika uzalishaji halisi, maudhui ya oksijeni (hewa) katika mazingira ya mizizi ya mazao hupuuzwa kwa urahisi, lakini ni jambo muhimu ili kuhakikisha ukuaji wa kawaida wa mazao na maendeleo ya afya ya mizizi.

Ili kupata mavuno mengi wakati wa uzalishaji wa mazao, ni muhimu sana kulinda mazingira ya mfumo wa mizizi katika hali bora iwezekanavyo.Uchunguzi umeonyesha kuwa O₂yaliyomo katika mazingira ya mfumo wa mizizi chini ya 4mg/L yatakuwa na athari mbaya kwa ukuaji wa mazao.Mwana wa O₂maudhui katika mazingira ya mizizi huathiriwa hasa na umwagiliaji (kiasi cha umwagiliaji na mzunguko), muundo wa substrate, maudhui ya maji ya substrate, joto la chafu na substrate, na mifumo tofauti ya upandaji itakuwa tofauti.Mwani na microorganisms pia zina uhusiano fulani na maudhui ya oksijeni katika mazingira ya mizizi ya mazao ya hydroponic.Hypoxia sio tu husababisha maendeleo ya polepole ya mimea, lakini pia huongeza shinikizo la vimelea vya mizizi (pythium, phytophthora, fusarium) juu ya ukuaji wa mizizi.

Mkakati wa umwagiliaji una athari kubwa kwa O₂yaliyomo kwenye substrate, na pia ni njia inayoweza kudhibitiwa zaidi katika mchakato wa kupanda.Masomo fulani ya upandaji wa waridi yamegundua kuwa kuongeza polepole kiwango cha maji kwenye substrate (asubuhi) kunaweza kupata hali bora ya oksijeni.Katika substrate yenye uwezo mdogo wa kushikilia maji, substrate inaweza kudumisha maudhui ya juu ya oksijeni, na wakati huo huo, ni muhimu kuepuka tofauti ya maudhui ya maji kati ya substrates kupitia mzunguko wa juu wa umwagiliaji na muda mfupi.Kadiri uwezo wa kushikilia maji wa substrates unavyopungua, ndivyo tofauti kubwa kati ya substrates.Sehemu ndogo ya unyevu, mzunguko wa chini wa umwagiliaji na muda mrefu huhakikisha uingizwaji zaidi wa hewa na hali nzuri ya oksijeni.

Mifereji ya maji ya substrate ni sababu nyingine ambayo ina ushawishi mkubwa juu ya kiwango cha upyaji na gradient ukolezi wa oksijeni katika substrate, kulingana na aina na uwezo wa kushikilia maji ya substrate.Kioevu cha umwagiliaji haipaswi kukaa chini ya substrate kwa muda mrefu sana, lakini inapaswa kutolewa haraka ili maji safi ya umwagiliaji yenye oksijeni yaweze kufikia chini ya substrate tena.Kasi ya mifereji ya maji inaweza kuathiriwa na baadhi ya hatua rahisi, kama vile gradient ya substrate katika mwelekeo wa longitudinal na upana.Kadiri gradient inavyoongezeka, ndivyo kasi ya mifereji ya maji inavyoongezeka.Substrates tofauti zina fursa tofauti na idadi ya maduka pia ni tofauti.

MWISHO

[maelezo ya dondoo]

Xie Yuanpei.Madhara ya maudhui ya oksijeni ya kimazingira katika mizizi ya mimea chafu kwenye ukuaji wa mazao [J].Teknolojia ya Uhandisi wa Kilimo, 2022,42(31):21-24.