Ջերմոցային այգեգործության գյուղատնտեսական ինժեներական տեխնոլոգիա։ Հրապարակվել է Պեկինում, 2023 թվականի հունվարի 13-ին, ժամը 17:30-ին։

Սննդարար տարրերի մեծ մասի կլանումը բույսերի արմատների նյութափոխանակության գործունեության հետ սերտորեն կապված գործընթաց է: Այս գործընթացները պահանջում են արմատային բջիջների շնչառության միջոցով առաջացող էներգիա, իսկ ջրի կլանումը նույնպես կարգավորվում է ջերմաստիճանով և շնչառությամբ, իսկ շնչառությունը պահանջում է թթվածնի մասնակցություն, ուստի արմատային միջավայրում թթվածինը կենսական ազդեցություն ունի մշակաբույսերի բնականոն աճի վրա: Ջրում լուծված թթվածնի պարունակությունը կախված է ջերմաստիճանից և աղիությունից, իսկ հիմքի կառուցվածքը որոշում է արմատային միջավայրում օդի պարունակությունը: Ջրային տարբեր վիճակներով հիմքերում ոռոգումը մեծ տարբերություններ ունի թթվածնի պարունակության վերականգնման և լրացման հարցում: Արմատային միջավայրում թթվածնի պարունակությունը օպտիմալացնելու բազմաթիվ գործոններ կան, բայց յուրաքանչյուր գործոնի ազդեցության աստիճանը բավականին տարբեր է: Հիմնանյութի բավարար ջրապահպանման կարողությունը (օդի պարունակությունը) պահպանելը արմատային միջավայրում թթվածնի բարձր պարունակություն պահպանելու նախադրյալն է:

Ջերմաստիճանի և աղիության ազդեցությունը լուծույթում հագեցած թթվածնի պարունակության վրա

Ջրում լուծված թթվածնի պարունակությունը

Լուծված թթվածինը լուծվում է ջրի մեջ չկապված կամ ազատ թթվածնի մեջ, և ջրում լուծված թթվածնի պարունակությունը որոշակի ջերմաստիճանում կհասնի իր առավելագույնին, որը հագեցած թթվածնի պարունակությունն է: Ջրում հագեցած թթվածնի պարունակությունը փոխվում է ջերմաստիճանի հետ, և երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, թթվածնի պարունակությունը նվազում է: Մաքուր ջրի հագեցած թթվածնի պարունակությունն ավելի բարձր է, քան աղ պարունակող ծովային ջրինը (Նկար 1), ուստի տարբեր կոնցենտրացիաներով սննդարար լուծույթների հագեցած թթվածնի պարունակությունը տարբեր կլինի:

Թթվածնի փոխադրումը մատրիցում

Ջերմոցային մշակաբույսերի արմատները սննդարար լուծույթից կարող են ստանալ թթվածին, որը պետք է լինի ազատ վիճակում, և թթվածինը սուբստրատով տեղափոխվում է օդի, ջրի և արմատների շուրջը գտնվող ջրի միջոցով։ Երբ այն տվյալ ջերմաստիճանում հավասարակշռության մեջ է օդում թթվածնի պարունակության հետ, ջրում լուծված թթվածինը հասնում է առավելագույնի, և օդում թթվածնի պարունակության փոփոխությունը կհանգեցնի ջրի թթվածնի պարունակության համամասնական փոփոխության։

Արմատային միջավայրում հիպօքսիայի սթրեսի ազդեցությունը մշակաբույսերի վրա

Արմատային հիպոքսիայի պատճառները

Կան մի քանի պատճառներ, թե ինչու է հիդրոպոնիկ և սուբստրատային մշակության համակարգերում ամռանը հիպօքսիայի ռիսկն ավելի բարձր։ Նախևառաջ, ջրի մեջ հագեցած թթվածնի պարունակությունը կնվազի ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց։ Երկրորդ, արմատների աճը պահպանելու համար անհրաժեշտ թթվածինը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացմանը զուգընթաց։ Ավելին, սննդանյութերի կլանման քանակը ավելի մեծ է ամռանը, ուստի սննդանյութերի կլանման համար թթվածնի պահանջարկն ավելի մեծ է։ Սա հանգեցնում է արմատային միջավայրում թթվածնի պարունակության նվազմանը և արդյունավետ հավելումների բացակայությանը, ինչը հանգեցնում է արմատային միջավայրում հիպօքսիայի։

Կլանում և աճ

Ամենաանհրաժեշտ սննդանյութերի կլանումը կախված է արմատային նյութափոխանակության հետ սերտորեն կապված գործընթացներից, որոնք պահանջում են արմատային բջիջների շնչառության, այսինքն՝ թթվածնի առկայությամբ ֆոտոսինթետիկ արգասիքների քայքայման միջոցով առաջացող էներգիան։ Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ լոլիկի բույսերի ընդհանուր ասիմիլյացիաների 10%-20%-ը օգտագործվում է արմատներում, որոնցից 50%-ը օգտագործվում է սննդարար իոնների կլանման, 40%-ը՝ աճի և միայն 10%-ը՝ պահպանման համար։ Արմատները պետք է թթվածին գտնեն անմիջական միջավայրում, որտեղ նրանք արտանետում են CO2։₂Անաէրոբ պայմաններում, որոնք առաջանում են հիմքերի և հիդրոպոնիկայի վատ օդափոխության պատճառով, հիպօքսիան կազդի ջրի և սննդանյութերի կլանման վրա: Հիպօքսիան արագ արձագանք է ունենում սննդանյութերի, մասնավորապես՝ նիտրատի (NO) ակտիվ կլանմանը:₃^-), կալիում (K) և ֆոսֆատ (PO₄^3-), որը կխանգարի կալցիումի (Ca) և մագնեզիումի (Mg) պասիվ կլանմանը։

Բույսի արմատային աճը պահանջում է էներգիա, արմատային նորմալ ակտիվությունը պահանջում է թթվածնի ամենացածր կոնցենտրացիա, իսկ COP արժեքից ցածր թթվածնի կոնցենտրացիան դառնում է արմատային բջիջների նյութափոխանակությունը սահմանափակող գործոն (հիպօքսիա): Երբ թթվածնի պարունակության մակարդակը ցածր է, աճը դանդաղում կամ նույնիսկ դադարում է: Եթե արմատային մասնակի հիպօքսիան ազդում է միայն ճյուղերի և տերևների վրա, արմատային համակարգը կարող է փոխհատուցել արմատային համակարգի այն մասը, որը որևէ պատճառով այլևս ակտիվ չէ՝ մեծացնելով տեղային կլանումը:

Բույսերի նյութափոխանակության մեխանիզմը կախված է թթվածնից՝ որպես էլեկտրոնային ընդունիչ: Առանց թթվածնի՝ ԱԵՖ-ի արտադրությունը կդադարի: Առանց ԱԵՖ-ի՝ արմատներից պրոտոնների արտահոսքը կդադարի, արմատային բջիջների բջջային հյութը կդառնա թթվային, և այդ բջիջները կմահանան մի քանի ժամվա ընթացքում: Ժամանակավոր և կարճատև հիպօքսիան բույսերի մոտ անդառնալի սննդային սթրես չի առաջացնի: «Նիտրատային շնչառության» մեխանիզմի պատճառով, արմատային հիպօքսիայի ժամանակ հիպօքսիային դիմակայելու համար կարող է լինել կարճաժամկետ հարմարվողականություն՝ որպես այլընտրանքային միջոց: Այնուամենայնիվ, երկարատև հիպօքսիան կհանգեցնի դանդաղ աճի, տերևների մակերեսի և թարմ ու չոր քաշի նվազման, ինչը կհանգեցնի բերքատվության զգալի անկման:

Էթիլեն

Բույսերը էթիլեն կառաջացնեն տեղում՝ մեծ սթրեսի տակ։ Սովորաբար էթիլենը հեռացվում է արմատներից՝ հողի օդի մեջ դիֆուզիայի միջոցով։ Երբ տեղի է ունենում ջրհեղեղ, էթիլենի առաջացումը ոչ միայն կաճի, այլև դիֆուզիան զգալիորեն կնվազի, քանի որ արմատները շրջապատված են ջրով։ Էթիլենի կոնցենտրացիայի աճը կհանգեցնի արմատներում օդափոխության հյուսվածքի առաջացմանը (Նկար 2): Էթիլենը կարող է նաև առաջացնել տերևների ծերացում, իսկ էթիլենի և օքսինի փոխազդեցությունը կբարձրացնի պատահական արմատների առաջացումը։

Թթվածնային սթրեսը հանգեցնում է տերևների աճի դանդաղմանը

ԿՀԲ-ն արտադրվում է արմատներում և տերևներում՝ տարբեր շրջակա միջավայրի սթրեսներին դիմակայելու համար: Արմատային միջավայրում սթրեսի նկատմամբ բնորոշ արձագանքը ստոմատների փակումն է, որը ենթադրում է ԿՀԲ-ի առաջացում: Մինչև ստոմատների փակվելը, բույսի վերին մասը կորցնում է այտուցի ճնշումը, վերին տերևները թառամում են, և ֆոտոսինթեզի արդյունավետությունը նույնպես կարող է նվազել: Շատ ուսումնասիրություններ ցույց են տվել, որ ստոմատները արձագանքում են ապոպլաստներում ԿՀԲ-ի կոնցենտրացիայի աճին՝ փակվելով, այսինքն՝ ոչ տերևներում ԿՀԲ-ի ընդհանուր պարունակությանը՝ արտազատելով ներբջջային ԿՀԲ: Բույսերը կարող են շատ արագ մեծացնել ապոպլաստ ԿՀԲ-ի կոնցենտրացիան: Երբ բույսերը գտնվում են շրջակա միջավայրի սթրեսի տակ, նրանք սկսում են ԿՀԲ արտազատել բջիջներում, և արմատի արտազատման ազդանշանը կարող է փոխանցվել րոպեների ընթացքում՝ ժամերի փոխարեն: Տերևի հյուսվածքում ԿՀԲ-ի ավելացումը կարող է նվազեցնել բջջային պատի երկարացումը և հանգեցնել տերևի երկարացման նվազմանը: Հիպօքսիայի մեկ այլ հետևանք է տերևների կյանքի տևողության կրճատումը, ինչը կազդի բոլոր տերևների վրա: Հիպօքսիան սովորաբար հանգեցնում է ցիտոկինինի և նիտրատի փոխադրման նվազմանը: Ազոտի կամ ցիտոկինինի պակասը կկրճատի տերևների մակերեսի պահպանման ժամանակը և մի քանի օրվա ընթացքում կկանգնեցնի ճյուղերի ու տերևների աճը։

Բույսերի արմատային համակարգի թթվածնային միջավայրի օպտիմալացում

Հիմքի բնութագրերը որոշիչ են ջրի և թթվածնի բաշխման համար: Ջերմոցային բանջարեղենի արմատային միջավայրում թթվածնի կոնցենտրացիան հիմնականում կապված է հիմքի ջուր պահելու կարողության, ոռոգման (չափս և հաճախականություն), հիմքի կառուցվածքի և հիմքի շերտի ջերմաստիճանի հետ: Միայն այն դեպքում, երբ արմատային միջավայրում թթվածնի պարունակությունը առնվազն 10%-ից (4~5 մգ/լ) բարձր է, արմատային ակտիվությունը կարող է պահպանվել լավագույն վիճակում:

Բույսերի արմատային համակարգը շատ կարևոր է բույսերի աճի և հիվանդությունների նկատմամբ դիմադրողականության համար: Ջուրը և սննդանյութերը կլանվեն բույսերի կարիքներին համապատասխան: Այնուամենայնիվ, արմատային միջավայրում թթվածնի մակարդակը մեծապես որոշում է սննդանյութերի և ջրի կլանման արդյունավետությունը և արմատային համակարգի որակը: Արմատային համակարգի միջավայրում թթվածնի բավարար մակարդակը կարող է ապահովել արմատային համակարգի առողջությունը, որպեսզի բույսերն ունենան ավելի լավ դիմադրողականություն պաթոգեն միկրոօրգանիզմների նկատմամբ (Նկար 3): Հիմքում թթվածնի բավարար մակարդակը նաև նվազագույնի է հասցնում անաէրոբ պայմանների ռիսկը, այդպիսով նվազագույնի հասցնելով պաթոգեն միկրոօրգանիզմների ռիսկը:

Թթվածնի սպառումը արմատային միջավայրում

Բույսերի թթվածնի առավելագույն սպառումը կարող է հասնել մինչև 40 մգ/մ2/ժ (սպառումը կախված է մշակաբույսերից): Կախված ջերմաստիճանից՝ ոռոգման ջուրը կարող է պարունակել մինչև 7~8 մգ/լ թթվածին (Նկար 4): 40 մգ-ին հասնելու համար անհրաժեշտ է յուրաքանչյուր ժամը մեկ տալ 5 լիտր ջուր՝ թթվածնի պահանջարկը բավարարելու համար, սակայն, ըստ էության, մեկ օրվա ոռոգման քանակը կարող է չհասնել: Սա նշանակում է, որ ոռոգման միջոցով ապահովվող թթվածինը շատ փոքր դեր է խաղում: Թթվածնի մատակարարման մեծ մասը արմատային գոտի է հասնում մատրիցի ծակոտիների միջոցով, իսկ ծակոտիների միջոցով թթվածնի մատակարարման ներդրումը հասնում է մինչև 90%-ի՝ կախված օրվա ժամից: Երբ բույսերի գոլորշիացումը հասնում է առավելագույնի, ոռոգման քանակը նույնպես հասնում է առավելագույնի, որը համարժեք է 1~1.5 լ/մ2/ժ-ի: Եթե ոռոգման ջուրը պարունակում է 7 մգ/լ թթվածին, այն արմատային գոտու համար կապահովի 7~11 մգ/մ2/ժ թթվածին: Սա համարժեք է պահանջարկի 17%-25%-ին: Իհարկե, սա վերաբերում է միայն այն իրավիճակին, երբ սուբստրատի թթվածնով աղքատ ոռոգման ջուրը փոխարինվում է թարմ ոռոգման ջրով։

Արմատների սպառումից բացի, արմատային միջավայրում գտնվող միկրոօրգանիզմները նույնպես սպառում են թթվածին: Դժվար է քանակապես որոշել սա, քանի որ այս առումով որևէ չափում չի իրականացվել: Քանի որ ամեն տարի նոր հիմքեր են փոխարինվում, կարելի է ենթադրել, որ միկրոօրգանիզմները համեմատաբար փոքր դեր են խաղում թթվածնի սպառման մեջ:

Օպտիմալացնել արմատների շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը

Արմատային համակարգի շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանը շատ կարևոր է արմատային համակարգի բնականոն աճի և գործունեության համար, ինչպես նաև կարևոր գործոն է, որը ազդում է արմատային համակարգի կողմից ջրի և սննդանյութերի կլանման վրա:

Հիմքի չափազանց ցածր ջերմաստիճանը (արմատների ջերմաստիճանը) կարող է դժվարացնել ջրի կլանումը: 5℃-ի դեպքում կլանումը 70%-80%-ով ցածր է, քան 20℃-ի դեպքում: Եթե հիմքի ցածր ջերմաստիճանը ուղեկցվում է բարձր ջերմաստիճանով, դա կհանգեցնի բույսի թառամմանը: Իոնների կլանումը, ակնհայտորեն, կախված է ջերմաստիճանից, որը ցածր ջերմաստիճանում կանխում է իոնների կլանումը, և տարբեր սննդարար տարրերի զգայունությունը ջերմաստիճանի նկատմամբ տարբեր է:

Չափազանց բարձր հիմքի ջերմաստիճանը նույնպես անօգուտ է և կարող է հանգեցնել չափազանց մեծ արմատային համակարգի։ Այլ կերպ ասած, բույսերում չոր նյութի անհավասարակշիռ բաշխում կա։ Քանի որ արմատային համակարգը չափազանց մեծ է, շնչառության միջոցով տեղի կունենան ավելորդ կորուստներ, և կորցրած էներգիայի այս մասը կարող էր օգտագործվել բույսի բերքահավաքի համար։ Ավելի բարձր հիմքի ջերմաստիճանում լուծված թթվածնի պարունակությունը ցածր է, ինչը շատ ավելի մեծ ազդեցություն ունի արմատային միջավայրում թթվածնի պարունակության վրա, քան միկրոօրգանիզմների կողմից սպառվող թթվածինը։ Արմատային համակարգը շատ թթվածին է սպառում և նույնիսկ հանգեցնում է հիպօքսիայի՝ վատ հիմքի կամ հողի կառուցվածքի դեպքում, այդպիսով նվազեցնելով ջրի և իոնների կլանումը։

Պահպանել մատրիցայի բավարար ջուր պահելու կարողությունը։

Ջրի պարունակության և մատրիցում թթվածնի տոկոսային պարունակության միջև կա բացասական կապ։ Երբ ջրի պարունակությունը մեծանում է, թթվածնի պարունակությունը նվազում է, և հակառակը։ Մատրիցում ջրի պարունակության և թթվածնի միջև կա կրիտիկական միջակայք, այսինքն՝ 80%~85% ջրի պարունակություն (Նկար 5): Հիմքում ջրի պարունակության 85%-ից բարձր երկարատև պահպանումը կազդի թթվածնի մատակարարման վրա։ Թթվածնի մատակարարման մեծ մասը (75%~90%) իրականացվում է մատրիցայի ծակոտիների միջոցով։

Հիմքում թթվածնի պարունակությանը համապատասխան ոռոգման լրացում

Ավելի շատ արևի լույսը կհանգեցնի արմատներում թթվածնի սպառման ավելի բարձր մակարդակի և ցածր կոնցենտրացիայի (Նկար 6), իսկ շաքարի ավելի մեծ քանակը կբարձրացնի թթվածնի սպառումը գիշերը: Տրանսպիրացիան ուժեղ է, ջրի կլանումը մեծ է, և հիմքում կա ավելի շատ օդ և ավելի շատ թթվածին: Նկար 7-ի ձախ կողմում երևում է, որ հիմքում թթվածնի պարունակությունը փոքր-ինչ կաճի ոռոգումից հետո, այն դեպքում, երբ հիմքի ջուրը պահելու ունակությունը բարձր է, իսկ օդի պարունակությունը՝ շատ ցածր: Ինչպես ցույց է տրված նկար 7-ի աջ կողմում, համեմատաբար ավելի լավ լուսավորության պայմաններում հիմքում օդի պարունակությունը մեծանում է ջրի ավելի մեծ կլանման պատճառով (նույն ոռոգման ժամանակները): Ոռոգման հարաբերական ազդեցությունը հիմքում թթվածնի պարունակության վրա շատ ավելի քիչ է, քան հիմքում ջուրը պահելու ունակությունը (օդի պարունակությունը):

Քննարկել

Իրական արտադրության մեջ բերքի արմատային միջավայրում թթվածնի (օդի) պարունակությունը հեշտությամբ անտեսվում է, սակայն այն կարևոր գործոն է բերքի բնականոն աճը և արմատների առողջ զարգացումն ապահովելու համար։

Բերքի արտադրության ընթացքում առավելագույն բերքատվություն ստանալու համար շատ կարևոր է արմատային համակարգի միջավայրը հնարավորինս լավագույն վիճակում պաշտպանել։ Ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ O-ն₂արմատային համակարգի միջավայրում 4 մգ/լ-ից ցածր պարունակությունը բացասաբար կանդրադառնա բերքի աճի վրա։₂Արմատային միջավայրում թթվածնի պարունակությունը հիմնականում կախված է ոռոգումից (ոռոգման քանակը և հաճախականությունը), հիմքի կառուցվածքից, հիմքի ջրի պարունակությունից, ջերմոցային տնտեսությունից և հիմքի ջերմաստիճանից, և տարբեր տնկման ձևերը տարբեր կլինեն։ Ջրիմուռներն ու միկրոօրգանիզմները նույնպես որոշակի կապ ունեն հիդրոպոնիկ մշակաբույսերի արմատային միջավայրում թթվածնի պարունակության հետ։ Հիպօքսիան ոչ միայն դանդաղեցնում է բույսերի զարգացումը, այլև մեծացնում է արմատային հարուցիչների (պիթիում, ֆիտոֆտորոզ, ֆուզարիում) ճնշումը արմատների աճի վրա։

Ոռոգման ռազմավարությունը զգալի ազդեցություն ունի O-ի վրա₂պարունակությունը սուբստրատում, և դա նաև ավելի կառավարելի միջոց է տնկման գործընթացում: Վարդի տնկման որոշ ուսումնասիրություններ ցույց են տվել, որ սուբստրատում ջրի պարունակության դանդաղ բարձրացումը (առավոտյան) կարող է ապահովել թթվածնի ավելի լավ վիճակ: Ջրի ցածր կլանման ունակություն ունեցող սուբստրատում սուբստրատը կարող է պահպանել թթվածնի բարձր պարունակություն, և միևնույն ժամանակ անհրաժեշտ է խուսափել սուբստրատների միջև ջրի պարունակության տարբերությունից՝ ավելի բարձր ոռոգման հաճախականության և ավելի կարճ ժամանակահատվածի միջոցով: Որքան ցածր է սուբստրատների ջուր կլանելու ունակությունը, այնքան մեծ է սուբստրատների միջև տարբերությունը: Թաց սուբստրատը, ավելի ցածր ոռոգման հաճախականությունը և ավելի երկար ժամանակահատվածը ապահովում են ավելի շատ օդի փոխարինում և թթվածնի բարենպաստ պայմաններ:

Հիմքի ջրահեռացումը մեկ այլ գործոն է, որը մեծ ազդեցություն ունի վերականգնման արագության և հիմքում թթվածնի կոնցենտրացիայի գրադիենտի վրա՝ կախված հիմքի տեսակից և ջուր պահելու ունակությունից: Ոռոգման հեղուկը չպետք է չափազանց երկար մնա հիմքի հատակին, այլ պետք է արագ թափվի, որպեսզի թարմ թթվածնով հարստացված ոռոգման ջուրը կրկին հասնի հիմքի հատակին: Ջրահեռացման արագության վրա կարող են ազդել որոշ համեմատաբար պարզ չափանիշներ, ինչպիսիք են հիմքի թեքությունը երկայնական և լայնական ուղղություններով: Որքան մեծ է թեքությունը, այնքան արագ է ջրահեռացման արագությունը: Տարբեր հիմքերն ունեն տարբեր բացվածքներ, և ելքերի քանակը նույնպես տարբեր է:

ԱՎԱՐՏ

[մեջբերման տեղեկատվություն]

Շիե Յուանպեյ։ Ջերմոցային մշակաբույսերի արմատներում շրջակա միջավայրի թթվածնի պարունակության ազդեցությունը մշակաբույսերի աճի վրա [J]։ Գյուղատնտեսական ճարտարագիտական ​​տեխնոլոգիա, 2022,42(31):21-24։