온실 원예 농업 공학 기술2023년 1월 13일 17:30에 베이징에서 발표되었습니다.
대부분의 영양소 요소의 흡수는 식물 뿌리의 대사 활동과 밀접한 관련이 있는 과정입니다.이러한 과정은 뿌리 세포 호흡에 의해 생성된 에너지를 필요로 하며 수분 흡수도 온도와 호흡에 의해 조절되며 호흡에는 산소의 참여가 필요하므로 뿌리 환경의 산소는 작물의 정상적인 성장에 중요한 영향을 미칩니다.물의 용존산소량은 온도와 염분의 영향을 받으며 기질의 구조는 뿌리 환경의 공기량을 결정합니다.관개는 수분 함량 상태가 다른 기질에서 산소 함량의 재생 및 보충에 큰 차이가 있습니다.뿌리 환경에서 산소 함량을 최적화하기 위한 많은 요소가 있지만 각 요소의 영향 정도는 상당히 다릅니다.합리적인 기질 수분 유지 용량(공기 함량)을 유지하는 것은 뿌리 환경에서 높은 산소 함량을 유지하는 전제입니다.
용액의 포화 산소 함량에 대한 온도 및 염도의 영향
물의 용존산소량
용존산소는 물속의 비결합 또는 유리산소에 용해되어 있으며, 물속의 용존산소량은 일정 온도에서 최대치에 도달하게 되는데 이것이 포화산소량이다.물의 포화 산소 함량은 온도에 따라 변하고 온도가 높아지면 산소 함량이 감소합니다.맑은 물의 포화 산소 함량은 염분이 포함된 해수보다 높기 때문에(그림 1) 농도가 다른 영양 용액의 포화 산소 함량은 다를 것입니다.
매트릭스 내 산소 수송
온실 작물 뿌리가 양액에서 얻을 수 있는 산소는 자유 상태여야 하며, 산소는 뿌리 주변의 공기와 물, 물을 통해 기질로 운반된다.주어진 온도에서 공기 중의 산소 함량과 평형을 이루면 물에 용해된 산소가 최대에 도달하고 공기 중 산소 함량의 변화는 물의 산소 함량에 비례하여 변화합니다.
뿌리 환경의 저산소증 스트레스가 작물에 미치는 영향
뿌리 저산소증의 원인
여름에 수경 재배 및 기질 재배 시스템에서 저산소증의 위험이 더 높은 몇 가지 이유가 있습니다.우선, 물의 포화 산소 함량은 온도가 상승함에 따라 감소합니다.둘째, 뿌리 성장을 유지하는 데 필요한 산소는 온도가 증가함에 따라 증가합니다.또한 여름에는 영양분 흡수량이 많아 영양분 흡수를 위한 산소요구량도 높아진다.그것은 뿌리 환경에서 산소 함량의 감소와 효과적인 보충 부족으로 이어져 뿌리 환경에서 저산소증을 유발합니다.
흡수와 성장
대부분의 필수 영양소의 흡수는 뿌리 세포 호흡에 의해 생성된 에너지, 즉 산소 존재 하에서 광합성 산물의 분해를 필요로 하는 뿌리 대사와 밀접하게 관련된 과정에 따라 달라집니다.연구에 따르면 토마토 식물의 전체 동화작용의 10%~20%가 뿌리에서 사용되며 그 중 50%는 영양 이온 흡수에 사용되며 40%는 성장에 사용되며 10%만이 유지에 사용됩니다.뿌리는 CO를 방출하는 직접적인 환경에서 산소를 찾아야 합니다.2.기질 및 수경재배의 열악한 환기로 인한 혐기성 조건에서 저산소증은 물과 영양분의 흡수에 영향을 미칩니다.저산소증은 영양분, 즉 질산염(NO삼-), 칼륨(K) 및 인산염(PO43-), 이는 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 수동적 흡수를 방해합니다.
식물 뿌리 생육에는 에너지가 필요하고, 정상적인 뿌리 활동에는 가장 낮은 산소 농도가 필요하며, COP 값 이하의 산소 농도는 뿌리 세포 대사(저산소증)를 제한하는 요인이 됩니다.산소 함량 수준이 낮으면 성장이 느려지거나 심지어 멈춥니다.부분적 뿌리 저산소증이 가지와 잎에만 영향을 미치는 경우 뿌리 시스템은 국소 흡수를 증가시켜 어떤 이유로 더 이상 활성화되지 않는 뿌리 시스템의 일부를 보상할 수 있습니다.
식물 대사 메커니즘은 전자 수용체인 산소에 의존합니다.산소가 없으면 ATP 생산이 중단됩니다.ATP가 없으면 뿌리에서 양성자의 유출이 중단되고 뿌리 세포의 세포 수액이 산성화되며 이러한 세포는 몇 시간 내에 죽습니다.일시적이고 단기적인 저산소증은 식물에 돌이킬 수 없는 영양 스트레스를 유발하지 않습니다."질산염 호흡" 메커니즘으로 인해 뿌리 저산소증 동안 대체 방법으로 저산소증에 대처하는 단기 적응일 수 있습니다.그러나 장기적인 저산소증은 느린 성장, 감소된 잎 면적, 신선하고 건조한 무게의 감소로 이어져 작물 수확량의 상당한 감소로 이어질 것입니다.
에틸렌
식물은 많은 스트레스를 받으면 제자리에서 에틸렌을 형성합니다.일반적으로 에틸렌은 토양 공기로 확산되어 뿌리에서 제거됩니다.침수가 발생하면 에틸렌 형성이 증가할 뿐만 아니라 뿌리가 물로 둘러싸여 있기 때문에 확산도 크게 줄어듭니다.에틸렌 농도가 증가하면 뿌리에 통기 조직이 형성됩니다(그림 2).에틸렌은 또한 잎 노화를 일으킬 수 있으며 에틸렌과 옥신 사이의 상호 작용은 부정근의 형성을 증가시킬 것입니다.
산소 스트레스는 잎 성장을 감소시킵니다.
ABA는 다양한 환경 스트레스에 대처하기 위해 뿌리와 잎에서 생산됩니다.뿌리 환경에서 스트레스에 대한 전형적인 반응은 ABA 형성과 관련된 기공 폐쇄입니다.기공이 닫히기 전에 식물의 윗부분이 부풀어 오르는 압력을 잃고 윗잎이 시들며 광합성 효율도 감소할 수 있습니다.많은 연구에서 기공이 아포플라스트의 ABA 농도 증가에 반응하는 것으로 나타났습니다. 즉, 세포 내 ABA를 방출하여 비잎의 총 ABA 함량이 증가하면 식물은 아포플라스트 ABA의 농도를 매우 빠르게 증가시킬 수 있습니다.식물이 환경 스트레스를 받으면 세포에서 ABA를 방출하기 시작하고 뿌리 방출 신호는 몇 시간이 아닌 몇 분 안에 전송될 수 있습니다.잎 조직에서 ABA의 증가는 세포벽의 신장을 감소시키고 잎 신장의 감소로 이어질 수 있습니다.저산소증의 또 다른 영향은 잎의 수명이 단축되어 모든 잎에 영향을 미친다는 것입니다.저산소증은 일반적으로 사이토키닌 및 질산염 수송의 감소로 이어집니다.질소나 사이토키닌이 부족하면 잎 면적의 유지 시간이 단축되고 수일 내에 가지와 잎의 성장이 중지됩니다.
작물 뿌리 계통의 산소 환경 최적화
기질의 특성은 물과 산소의 분포에 결정적입니다.온실 채소의 뿌리 환경에서 산소 농도는 주로 기질의 수분 보유 능력, 관개(크기 및 빈도), 기질 구조 및 기질 스트립 온도와 관련이 있습니다.뿌리 환경의 산소 함량이 10% 이상(4~5mg/L)이어야 뿌리 활동이 최상의 상태로 유지될 수 있습니다.
작물의 뿌리 시스템은 식물 성장과 식물 질병 저항성에 매우 중요합니다.물과 영양분은 식물의 필요에 따라 흡수됩니다.그러나 뿌리 환경의 산소 수준은 영양분과 물의 흡수 효율과 뿌리 시스템의 품질을 크게 결정합니다.뿌리 시스템 환경의 충분한 산소 수준은 뿌리 시스템의 건강을 보장할 수 있으므로 식물은 병원성 미생물에 대한 저항력이 향상됩니다(그림 3).기질의 적절한 산소 수준은 또한 혐기성 조건의 위험을 최소화하여 병원성 미생물의 위험을 최소화합니다.
뿌리 환경의 산소 소비
작물의 최대 산소 소비량은 40mg/m2/h까지 높을 수 있습니다(소비량은 작물에 따라 다름).온도에 따라 관개수는 최대 7~8mg/L의 산소를 함유할 수 있습니다(그림 4).40mg에 도달하려면 산소 요구량을 충족시키기 위해 매시간 5L의 물을 공급해야 하지만 실제로는 하루 관개량에 도달하지 못할 수 있습니다.이것은 관개로 공급되는 산소가 작은 역할만 한다는 것을 의미합니다.대부분의 산소 공급은 매트릭스의 공극을 통해 뿌리 영역에 도달하며, 공극을 통한 산소 공급의 기여도는 시간에 따라 90%까지 높습니다.식물의 증발이 최대에 도달하면 관수량도 최대에 도달하며 이는 1~1.5L/m2/h에 해당합니다.관개수에 7mg/L의 산소가 포함되어 있으면 뿌리 영역에 7~11mg/m2/h의 산소를 제공합니다.이는 수요의 17%~25%에 해당한다.물론 이것은 기질의 산소가 부족한 관개수가 신선한 관개수로 대체되는 상황에만 적용됩니다.
뿌리를 소비하는 것 외에도 뿌리 환경의 미생물도 산소를 소비합니다.이와 관련하여 측정이 이루어지지 않았기 때문에 이를 정량화하기는 어렵습니다.새로운 기질은 매년 교체되기 때문에 미생물이 산소 소비에서 상대적으로 작은 역할을 한다고 가정할 수 있습니다.
뿌리의 환경 온도 최적화
뿌리계의 환경온도는 뿌리계의 정상적인 생장과 기능에 매우 중요하며, 뿌리계에 의한 물과 양분의 흡수에 영향을 미치는 중요한 인자이기도 하다.
기질 온도(뿌리 온도)가 너무 낮으면 수분 흡수가 어려울 수 있습니다.5℃에서 흡수는 20℃보다 70%~80% 더 낮습니다.낮은 기질 온도가 높은 온도를 동반하면 식물이 시들게 됩니다.이온 흡수는 분명히 온도에 따라 달라지며, 이는 낮은 온도에서 이온 흡수를 억제하고 온도에 대한 다른 영양소 요소의 민감도가 다릅니다.
기판 온도가 너무 높으면 쓸모가 없으며 뿌리 시스템이 너무 커질 수 있습니다.즉, 식물에는 건조 물질의 불균형 분포가 있습니다.뿌리 시스템이 너무 크기 때문에 호흡을 통해 불필요한 손실이 발생하고 손실된 에너지의 이 부분은 식물의 수확 부분에 사용될 수 있습니다.기질 온도가 높을수록 용존 산소 함량이 낮아져 미생물이 소비하는 산소보다 뿌리 환경의 산소 함량에 훨씬 더 큰 영향을 미칩니다.뿌리 시스템은 많은 양의 산소를 소비하며 기질이나 토양 구조가 좋지 않은 경우 저산소증을 유발하여 물과 이온의 흡수를 감소시킵니다.
매트릭스의 적당한 보수력을 유지하십시오.
수분 함량과 매트릭스의 산소 함량 백분율 사이에는 음의 상관관계가 있습니다.수분 함량이 증가하면 산소 함량이 감소하고 그 반대도 마찬가지입니다.매트릭스의 수분 함량과 산소 사이에는 임계 범위, 즉 80%~85% 수분 함량이 있습니다(그림 5).기판의 수분 함량을 85% 이상으로 장기간 유지하면 산소 공급에 영향을 미칩니다.대부분의 산소 공급(75%~90%)은 매트릭스의 기공을 통해 이루어집니다.
기질의 산소 함량에 대한 관개 보충
햇빛이 많을수록 산소 소비량이 증가하고 뿌리의 산소 농도가 낮아지며(그림 6) 설탕이 많을수록 밤에 산소 소비량이 높아집니다.증산이 강하고 수분 흡수가 크며 기질에 더 많은 공기와 산소가 있습니다.그림 7의 왼쪽에서 기질의 수분 보유 용량이 높고 공기 함량이 매우 낮은 조건에서 관개 후 기질의 산소 함량이 약간 증가한다는 것을 알 수 있습니다.그림의 오른쪽에 표시된 것처럼.도 7에 도시된 바와 같이, 상대적으로 더 나은 조명 조건 하에서 더 많은 수분 흡수(동일한 관수 시간)로 인해 기질의 공기 함량이 증가합니다.기질의 산소 함량에 대한 관수의 상대적인 영향은 기질의 수분 보유 용량(공기 함량)보다 훨씬 적습니다.
논의하다
실제 생산에서 작물 뿌리 환경의 산소(공기) 함량은 간과하기 쉽지만 작물의 정상적인 성장과 뿌리의 건강한 발육을 보장하는 중요한 요소입니다.
작물 생산 시 최대의 수확량을 얻기 위해서는 뿌리계 환경을 최대한 최상의 상태로 보호하는 것이 매우 중요합니다.연구에 따르면 O24mg/L 미만의 뿌리 시스템 환경의 함량은 작물 성장에 부정적인 영향을 미칩니다.디 오2뿌리 환경의 함량은 주로 관개(관수량 및 빈도), 기질 구조, 기질 수분 함량, 온실 및 기질 온도에 의해 영향을 받으며, 다른 식재 패턴은 다를 것입니다.조류와 미생물은 또한 수경 작물의 뿌리 환경에서 산소 함량과 일정한 관계가 있습니다.저산소증은 식물의 느린 발달을 유발할 뿐만 아니라 뿌리 성장에 대한 뿌리 병원균(pythium, phytophthora, fusarium)의 압력을 증가시킵니다.
관개 전략은 O에 상당한 영향을 미칩니다.2기질에 있는 내용물, 그리고 심기 과정에서 더 통제 가능한 방법이기도 합니다.일부 장미 심기 연구에서는 기질의 수분 함량을 천천히 증가시키면(아침에) 더 나은 산소 상태를 얻을 수 있음을 발견했습니다.보수력이 낮은 기질에서 기질은 높은 산소 함량을 유지할 수 있으며 동시에 더 높은 관수 빈도와 더 짧은 간격을 통해 기질 사이의 수분 함량 차이를 피할 필요가 있습니다.기질의 보수력이 낮을수록 기질 간의 차이가 커집니다.습한 기질, 낮은 관개 빈도 및 더 긴 간격은 더 많은 공기 교체와 유리한 산소 조건을 보장합니다.
기질의 배수는 기질의 유형과 보수력에 따라 기질의 산소 농도 구배와 갱신 속도에 큰 영향을 미치는 또 다른 요소입니다.관수액은 기질의 바닥에 너무 오래 머무르지 않아야 하며, 신선한 산소가 풍부한 관수수가 다시 기질의 바닥에 도달할 수 있도록 신속하게 배출되어야 합니다.배수 속도는 종방향 및 폭 방향으로 기판의 구배와 같은 일부 비교적 간단한 조치에 의해 영향을 받을 수 있습니다.구배가 클수록 배수 속도가 빨라집니다.다른 기판은 다른 개구부를 가지며 배출구의 수 또한 다릅니다.
끝
[인용정보]
시에 위안페이.온실 작물 뿌리의 환경 산소 함량이 작물 성장에 미치는 영향[J].농업공학기술, 2022,42(31):21-24.
게시 시간: 2023년 2월 21일