Landtechnische Technologie des GewächshausgartenbausVeröffentlicht in Peking am 13. Januar 2023 um 17:30 Uhr.

Die Aufnahme der meisten Nährstoffe ist ein Prozess, der eng mit den Stoffwechselaktivitäten der Pflanzenwurzeln zusammenhängt.Diese Prozesse erfordern Energie, die durch die Wurzelzellatmung erzeugt wird, und die Wasseraufnahme wird auch durch Temperatur und Atmung reguliert, und die Atmung erfordert die Beteiligung von Sauerstoff, sodass Sauerstoff in der Wurzelumgebung einen entscheidenden Einfluss auf das normale Wachstum von Nutzpflanzen hat.Der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser wird durch Temperatur und Salzgehalt beeinflusst, und die Struktur des Substrats bestimmt den Luftgehalt in der Wurzelumgebung.Bei der Bewässerung gibt es große Unterschiede bei der Erneuerung und Ergänzung des Sauerstoffgehalts in Substraten mit unterschiedlichen Wassergehaltszuständen.Es gibt viele Faktoren, um den Sauerstoffgehalt in der Wurzelumgebung zu optimieren, aber der Einflussgrad jedes Faktors ist sehr unterschiedlich.Die Aufrechterhaltung einer angemessenen Wasserhaltekapazität (Luftgehalt) des Substrats ist die Voraussetzung für die Aufrechterhaltung eines hohen Sauerstoffgehalts in der Wurzelumgebung.

Auswirkungen von Temperatur und Salzgehalt auf den gesättigten Sauerstoffgehalt in Lösung

Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser

Gelöster Sauerstoff ist im Wasser in ungebundenem oder freiem Sauerstoff gelöst, und der Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser erreicht bei einer bestimmten Temperatur, dem gesättigten Sauerstoffgehalt, sein Maximum.Der gesättigte Sauerstoffgehalt im Wasser ändert sich mit der Temperatur, und wenn die Temperatur steigt, nimmt der Sauerstoffgehalt ab.Der gesättigte Sauerstoffgehalt von klarem Wasser ist höher als der von salzhaltigem Meerwasser (Abbildung 1), sodass der gesättigte Sauerstoffgehalt von Nährlösungen mit unterschiedlichen Konzentrationen unterschiedlich sein wird.

Transport von Sauerstoff in der Matrix

Der Sauerstoff, den die Wurzeln von Gewächshauskulturen aus der Nährlösung erhalten können, muss in freiem Zustand vorliegen, und Sauerstoff wird im Substrat durch Luft und Wasser sowie Wasser um die Wurzeln herum transportiert.Wenn es bei einer bestimmten Temperatur im Gleichgewicht mit dem Sauerstoffgehalt der Luft ist, erreicht der im Wasser gelöste Sauerstoff sein Maximum, und die Änderung des Sauerstoffgehalts in der Luft führt zu einer proportionalen Änderung des Sauerstoffgehalts im Wasser.

Auswirkungen von Hypoxiestress in der Wurzelumgebung auf Nutzpflanzen

Ursachen der Wurzelhypoxie

Es gibt mehrere Gründe, warum das Risiko einer Hypoxie in Hydrokultur- und Substratanbausystemen im Sommer höher ist.Erstens nimmt der gesättigte Sauerstoffgehalt im Wasser mit steigender Temperatur ab.Zweitens steigt der zur Aufrechterhaltung des Wurzelwachstums erforderliche Sauerstoff mit steigender Temperatur.Darüber hinaus ist die Nährstoffaufnahme im Sommer höher, sodass der Sauerstoffbedarf zur Nährstoffaufnahme höher ist.Dies führt zu einer Abnahme des Sauerstoffgehalts in der Wurzelumgebung und zu einem Mangel an wirksamen Nahrungsergänzungsmitteln, was zu einer Hypoxie in der Wurzelumgebung führt.

Absorption und Wachstum

Die Aufnahme der meisten essentiellen Nährstoffe hängt von Prozessen ab, die eng mit dem Wurzelstoffwechsel verbunden sind und die Energie benötigen, die durch die Wurzelzellatmung, also den Abbau von Photosyntheseprodukten in Gegenwart von Sauerstoff, erzeugt wird.Studien haben gezeigt, dass 10–20 % der gesamten Assimilate von Tomatenpflanzen in den Wurzeln verwendet werden, von denen 50 % für die Aufnahme von Nährstoffionen, 40 % für das Wachstum und nur 10 % für die Erhaltung verwendet werden.Wurzeln müssen Sauerstoff in der direkten Umgebung finden, in der sie CO abgeben₂.Unter anaeroben Bedingungen, die durch schlechte Belüftung in Substraten und Hydrokulturen verursacht werden, beeinträchtigt Hypoxie die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen.Hypoxie reagiert schnell auf die aktive Aufnahme von Nährstoffen, nämlich Nitrat (NO).₃^-), Kalium (K) und Phosphat (PO₄^3-), was die passive Aufnahme von Kalzium (Ca) und Magnesium (Mg) beeinträchtigt.

Pflanzenwurzelwachstum benötigt Energie, normale Wurzelaktivität benötigt die niedrigste Sauerstoffkonzentration und eine Sauerstoffkonzentration unter dem COP-Wert wird zu einem Faktor, der den Stoffwechsel der Wurzelzellen begrenzt (Hypoxie).Bei niedrigem Sauerstoffgehalt verlangsamt sich das Wachstum oder kommt sogar zum Stillstand.Wenn eine teilweise Wurzelhypoxie nur Äste und Blätter betrifft, kann das Wurzelsystem den Teil des Wurzelsystems, der aus irgendeinem Grund nicht mehr aktiv ist, durch eine Erhöhung der lokalen Absorption ausgleichen.

Der pflanzliche Stoffwechselmechanismus hängt von Sauerstoff als Elektronenakzeptor ab.Ohne Sauerstoff kommt die ATP-Produktion zum Stillstand.Ohne ATP wird der Protonenabfluss aus den Wurzeln gestoppt, der Zellsaft der Wurzelzellen wird sauer und diese Zellen sterben innerhalb weniger Stunden ab.Vorübergehende und kurzfristige Hypoxie führt bei Pflanzen nicht zu irreversiblem Ernährungsstress.Aufgrund des Mechanismus der „Nitratatmung“ kann es sich um eine kurzfristige Anpassung zur Bewältigung der Hypoxie als alternative Möglichkeit während einer Wurzelhypoxie handeln.Langfristige Hypoxie führt jedoch zu langsamem Wachstum, verringerter Blattfläche und verringertem Frisch- und Trockengewicht, was zu einem erheblichen Rückgang des Ernteertrags führen wird.

Ethylen

Pflanzen bilden unter starkem Stress in situ Ethylen.Normalerweise wird Ethylen durch Diffusion in die Bodenluft aus den Wurzeln entfernt.Bei Staunässe nimmt nicht nur die Bildung von Ethylen zu, sondern auch die Diffusion wird stark reduziert, da die Wurzeln von Wasser umgeben sind.Der Anstieg der Ethylenkonzentration führt zur Bildung von Belüftungsgewebe in den Wurzeln (Abbildung 2).Ethylen kann auch Blattalterung verursachen, und die Wechselwirkung zwischen Ethylen und Auxin wird die Bildung von Adventivwurzeln verstärken.

Sauerstoffstress führt zu einem verminderten Blattwachstum

ABA wird in Wurzeln und Blättern produziert, um verschiedenen Umweltbelastungen standzuhalten.In der Wurzelumgebung ist die typische Reaktion auf Stress der Verschluss der Stomata, der mit der Bildung von ABA einhergeht.Bevor sich die Stomata schließen, verliert die Oberseite der Pflanze ihren Quelldruck, die oberen Blätter welken und auch die Photosyntheseeffizienz kann nachlassen.Viele Studien haben gezeigt, dass die Spaltöffnungen auf den Anstieg der ABA-Konzentration im Apoplasten mit einem Schließen reagieren, d.Wenn Pflanzen unter Umweltstress stehen, beginnen sie, ABA in Zellen freizusetzen, und das Wurzelfreisetzungssignal kann innerhalb von Minuten statt in Stunden übertragen werden.Der Anstieg von ABA im Blattgewebe kann die Dehnung der Zellwand verringern und zu einer Verringerung der Blattdehnung führen.Eine weitere Auswirkung der Hypoxie besteht darin, dass die Lebensdauer der Blätter verkürzt wird, was alle Blätter betrifft.Hypoxie führt normalerweise zu einer Abnahme des Zytokinin- und Nitrattransports.Ein Mangel an Stickstoff oder Zytokinin verkürzt die Erhaltungszeit der Blattfläche und stoppt das Wachstum von Zweigen und Blättern innerhalb weniger Tage.

Optimierung der Sauerstoffumgebung des Pflanzenwurzelsystems

Die Eigenschaften des Substrats sind entscheidend für die Verteilung von Wasser und Sauerstoff.Die Sauerstoffkonzentration in der Wurzelumgebung von Gewächshausgemüse hängt hauptsächlich von der Wasserhaltekapazität des Substrats, der Bewässerung (Größe und Häufigkeit), der Substratstruktur und der Temperatur des Substratstreifens ab.Nur wenn der Sauerstoffgehalt in der Wurzelumgebung mindestens über 10 % (4–5 mg/L) liegt, kann die Wurzelaktivität im besten Zustand aufrechterhalten werden.

Das Wurzelsystem von Nutzpflanzen ist für das Pflanzenwachstum und die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen gegen Krankheiten von großer Bedeutung.Wasser und Nährstoffe werden entsprechend dem Bedarf der Pflanzen aufgenommen.Der Sauerstoffgehalt in der Wurzelumgebung bestimmt jedoch maßgeblich die Absorptionseffizienz von Nährstoffen und Wasser sowie die Qualität des Wurzelsystems.Ein ausreichender Sauerstoffgehalt in der Umgebung des Wurzelsystems kann die Gesundheit des Wurzelsystems gewährleisten, sodass Pflanzen eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen pathogene Mikroorganismen aufweisen (Abbildung 3).Ein ausreichender Sauerstoffgehalt im Substrat minimiert auch das Risiko anaerober Bedingungen und damit das Risiko pathogener Mikroorganismen.

Sauerstoffverbrauch in der Wurzelumgebung

Der maximale Sauerstoffverbrauch von Pflanzen kann bis zu 40 mg/m2/h betragen (der Verbrauch hängt von den Pflanzen ab).Abhängig von der Temperatur kann das Bewässerungswasser bis zu 7–8 mg/L Sauerstoff enthalten (Abbildung 4).Um 40 mg zu erreichen, müssen stündlich 5 l Wasser verabreicht werden, um den Sauerstoffbedarf zu decken. Tatsächlich kann es jedoch sein, dass die Bewässerungsmenge an einem Tag nicht erreicht wird.Das bedeutet, dass der durch die Bewässerung bereitgestellte Sauerstoff nur eine geringe Rolle spielt.Der Großteil der Sauerstoffversorgung erreicht die Wurzelzone durch Poren in der Matrix, und der Beitrag der Sauerstoffversorgung durch Poren beträgt je nach Tageszeit bis zu 90 %.Wenn die Verdunstung der Pflanzen ihr Maximum erreicht, erreicht auch die Bewässerungsmenge ihr Maximum, was 1 bis 1,5 l/m2/h entspricht.Wenn das Bewässerungswasser 7 mg/L Sauerstoff enthält, liefert es 7–11 mg/m2/h Sauerstoff für die Wurzelzone.Dies entspricht 17–25 % des Bedarfs.Dies gilt natürlich nur für den Fall, dass das sauerstoffarme Gießwasser im Substrat durch frisches Gießwasser ersetzt wird.

Zusätzlich zum Wurzelverbrauch verbrauchen Mikroorganismen in der Wurzelumgebung auch Sauerstoff.Eine Quantifizierung ist schwierig, da diesbezüglich keine Messungen durchgeführt wurden.Da jedes Jahr neue Substrate ausgetauscht werden, kann davon ausgegangen werden, dass Mikroorganismen eine relativ geringe Rolle beim Sauerstoffverbrauch spielen.

Optimieren Sie die Umgebungstemperatur der Wurzeln

Die Umgebungstemperatur des Wurzelsystems ist sehr wichtig für das normale Wachstum und die normale Funktion des Wurzelsystems und ist auch ein wichtiger Faktor, der die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen durch das Wurzelsystem beeinflusst.

Eine zu niedrige Substrattemperatur (Wurzeltemperatur) kann zu Schwierigkeiten bei der Wasseraufnahme führen.Bei 5℃ ist die Absorption 70 bis 80 % geringer als bei 20℃.Wenn eine niedrige Substrattemperatur mit einer hohen Temperatur einhergeht, führt dies zum Welken der Pflanzen.Die Ionenabsorption hängt offensichtlich von der Temperatur ab, die die Ionenabsorption bei niedrigen Temperaturen hemmt, und die Empfindlichkeit verschiedener Nährstoffelemente gegenüber der Temperatur ist unterschiedlich.

Eine zu hohe Substrattemperatur ist ebenfalls nutzlos und kann zu einem zu großen Wurzelsystem führen.Mit anderen Worten: Es liegt eine unausgewogene Verteilung der Trockenmasse in Pflanzen vor.Da das Wurzelsystem zu groß ist, kommt es zu unnötigen Verlusten durch die Atmung, und dieser Teil der verlorenen Energie hätte für den Ernteteil der Pflanze verwendet werden können.Bei höherer Substrattemperatur ist der Gehalt an gelöstem Sauerstoff geringer, was einen viel größeren Einfluss auf den Sauerstoffgehalt in der Wurzelumgebung hat als der von Mikroorganismen verbrauchte Sauerstoff.Das Wurzelsystem verbraucht viel Sauerstoff und führt bei schlechter Substrat- oder Bodenstruktur sogar zu einer Hypoxie, wodurch die Aufnahme von Wasser und Ionen verringert wird.

Sorgen Sie für eine angemessene Wasserhaltekapazität der Matrix.

Es besteht eine negative Korrelation zwischen dem Wassergehalt und dem prozentualen Sauerstoffgehalt in der Matrix.Wenn der Wassergehalt steigt, sinkt der Sauerstoffgehalt und umgekehrt.Es gibt einen kritischen Bereich zwischen Wassergehalt und Sauerstoff in der Matrix, d. h. 80–85 % Wassergehalt (Abbildung 5).Die langfristige Aufrechterhaltung eines Wassergehalts von über 85 % im Substrat beeinträchtigt die Sauerstoffversorgung.Der Großteil der Sauerstoffversorgung (75–90 %) erfolgt über die Poren in der Matrix.

Ergänzung der Bewässerung zum Sauerstoffgehalt im Substrat

Mehr Sonnenlicht führt zu einem höheren Sauerstoffverbrauch und einer geringeren Sauerstoffkonzentration in den Wurzeln (Abbildung 6), und mehr Zucker führt zu einem höheren Sauerstoffverbrauch in der Nacht.Die Transpiration ist stark, die Wasseraufnahme groß und das Substrat enthält mehr Luft und mehr Sauerstoff.Aus der linken Abbildung 7 ist ersichtlich, dass der Sauerstoffgehalt im Substrat nach der Bewässerung unter der Bedingung, dass die Wasserhaltekapazität des Substrats hoch und der Luftgehalt sehr niedrig ist, leicht ansteigt.Wie rechts in Abb. gezeigt.7, unter der Bedingung einer relativ besseren Beleuchtung, steigt der Luftgehalt im Substrat aufgrund einer stärkeren Wasseraufnahme (gleiche Bewässerungszeiten).Der relative Einfluss der Bewässerung auf den Sauerstoffgehalt im Substrat ist weitaus geringer als die Wasserspeicherkapazität (Luftgehalt) im Substrat.

Diskutieren

In der tatsächlichen Produktion wird der Sauerstoffgehalt (Luft) in der Wurzelumgebung der Pflanzen leicht übersehen, er ist jedoch ein wichtiger Faktor, um das normale Wachstum der Pflanzen und die gesunde Entwicklung der Wurzeln sicherzustellen.

Um den maximalen Ertrag während der Pflanzenproduktion zu erzielen, ist es sehr wichtig, die Umgebung des Wurzelsystems so weit wie möglich in bestmöglichem Zustand zu schützen.Studien haben gezeigt, dass das O₂Ein Gehalt im Wurzelsystem von weniger als 4 mg/l wirkt sich negativ auf das Pflanzenwachstum aus.Das Ö₂Der Gehalt in der Wurzelumgebung wird hauptsächlich durch die Bewässerung (Bewässerungsmenge und -häufigkeit), die Substratstruktur, den Substratwassergehalt, das Gewächshaus und die Substrattemperatur beeinflusst und verschiedene Pflanzmuster sind unterschiedlich.Auch Algen und Mikroorganismen haben einen gewissen Zusammenhang mit dem Sauerstoffgehalt in der Wurzelumgebung von Hydrokulturen.Hypoxie führt nicht nur zu einer langsamen Entwicklung der Pflanzen, sondern erhöht auch den Druck von Wurzelpathogenen (Pythium, Phytophthora, Fusarium) auf das Wurzelwachstum.

Die Bewässerungsstrategie hat einen erheblichen Einfluss auf den O₂Gehalt im Substrat, und es ist auch eine besser kontrollierbare Art und Weise im Pflanzprozess.Einige Rosenpflanzstudien haben ergeben, dass eine langsame Erhöhung des Wassergehalts im Substrat (morgens) zu einem besseren Sauerstoffzustand führen kann.Bei einem Substrat mit geringer Wasserspeicherkapazität kann das Substrat einen hohen Sauerstoffgehalt aufrechterhalten, und gleichzeitig ist es notwendig, den Unterschied im Wassergehalt zwischen den Substraten durch eine höhere Bewässerungshäufigkeit und kürzere Intervalle zu vermeiden.Je geringer die Wasserhaltekapazität von Substraten ist, desto größer ist der Unterschied zwischen den Substraten.Feuchtes Substrat, geringere Bewässerungshäufigkeit und längere Intervalle sorgen für mehr Luftaustausch und günstige Sauerstoffverhältnisse.

Die Entwässerung des Substrats ist ein weiterer Faktor, der je nach Art und Wasserhaltevermögen des Substrats einen großen Einfluss auf die Erneuerungsrate und den Sauerstoffkonzentrationsgradienten im Substrat hat.Bewässerungsflüssigkeit sollte nicht zu lange am Boden des Substrats verbleiben, sondern schnell abgeführt werden, damit frisches, mit Sauerstoff angereichertes Bewässerungswasser wieder an den Boden des Substrats gelangen kann.Die Entwässerungsgeschwindigkeit kann durch relativ einfache Maßnahmen beeinflusst werden, beispielsweise durch das Gefälle des Substrats in Längs- und Breitenrichtung.Je größer das Gefälle ist, desto schneller ist die Entwässerungsgeschwindigkeit.Unterschiedliche Substrate haben unterschiedliche Öffnungen und auch die Anzahl der Auslässe ist unterschiedlich.

ENDE

[Zitierinformationen]

Xie Yuanpei.Auswirkungen des Sauerstoffgehalts in der Umgebung in den Wurzeln von Gewächshauspflanzen auf das Pflanzenwachstum [J].Agrartechnik, 2022,42(31):21-24.