Tecnologia de engenharia agrícola de jardinagem com efeito de estufaPublicado em Pequim às 17h30 de 13 de janeiro de 2023.

A absorção da maioria dos elementos nutrientes é um processo intimamente relacionado com as atividades metabólicas das raízes das plantas.Esses processos requerem energia gerada pela respiração das células da raiz, e a absorção de água também é regulada pela temperatura e pela respiração, e a respiração requer a participação do oxigênio; portanto, o oxigênio no ambiente da raiz tem um impacto vital no crescimento normal das culturas.O teor de oxigênio dissolvido na água é afetado pela temperatura e salinidade, e a estrutura do substrato determina o teor de ar no ambiente radicular.A irrigação apresenta grandes diferenças na renovação e suplementação do teor de oxigênio em substratos com diferentes estados de teor de água.Existem muitos fatores para otimizar o teor de oxigênio no ambiente radicular, mas o grau de influência de cada fator é bem diferente.Manter a capacidade razoável de retenção de água do substrato (conteúdo de ar) é a premissa de manter alto teor de oxigênio no ambiente radicular.

Efeitos da temperatura e salinidade no teor de oxigênio saturado em solução

Teor de oxigênio dissolvido na água

O oxigênio dissolvido é dissolvido em oxigênio não ligado ou livre na água, e o teor de oxigênio dissolvido na água atingirá o máximo a uma determinada temperatura, que é o teor de oxigênio saturado.O teor de oxigênio saturado na água muda com a temperatura e, quando a temperatura aumenta, o teor de oxigênio diminui.O teor de oxigênio saturado da água limpa é maior do que o da água do mar contendo sal (Figura 1), portanto, o teor de oxigênio saturado de soluções nutritivas com diferentes concentrações será diferente.

Transporte de oxigênio na matriz

O oxigênio que as raízes das culturas de efeito estufa podem obter da solução nutritiva deve estar em um estado livre, e o oxigênio é transportado no substrato através do ar e da água e da água ao redor das raízes.Quando está em equilíbrio com o teor de oxigênio no ar a uma determinada temperatura, o oxigênio dissolvido na água atinge o máximo, e a mudança no teor de oxigênio no ar levará à mudança proporcional no teor de oxigênio na água.

Efeitos do estresse por hipóxia no ambiente radicular nas culturas

Causas da hipóxia radicular

Existem várias razões pelas quais o risco de hipóxia em hidroponia e sistemas de cultivo de substrato é maior no verão.Em primeiro lugar, o teor de oxigênio saturado na água diminuirá à medida que a temperatura aumenta.Em segundo lugar, o oxigênio necessário para manter o crescimento das raízes aumenta com o aumento da temperatura.Além disso, a quantidade de absorção de nutrientes é maior no verão, então a demanda de oxigênio para absorção de nutrientes é maior.Isso leva à diminuição do teor de oxigênio no ambiente radicular e à falta de suplemento eficaz, o que leva à hipóxia no ambiente radicular.

Absorção e crescimento

A absorção da maioria dos nutrientes essenciais depende de processos intimamente relacionados ao metabolismo radicular, que requerem a energia gerada pela respiração das células radiculares, ou seja, a decomposição dos produtos fotossintéticos na presença de oxigênio.Estudos mostraram que 10% a 20% do total de assimilados das plantas de tomate são usados ​​nas raízes, 50% dos quais são usados ​​para absorção de íons de nutrientes, 40% para crescimento e apenas 10% para manutenção.As raízes devem encontrar oxigênio no ambiente direto onde liberam CO₂.Sob condições anaeróbias causadas por má ventilação em substratos e hidroponia, a hipóxia afetará a absorção de água e nutrientes.A hipóxia tem uma resposta rápida à absorção ativa de nutrientes, nomeadamente nitrato (NO₃^-), potássio (K) e fosfato (PO₄^3-), o que irá interferir na absorção passiva de cálcio (Ca) e magnésio (Mg).

O crescimento da raiz da planta precisa de energia, a atividade normal da raiz precisa da menor concentração de oxigênio e a concentração de oxigênio abaixo do valor COP torna-se um fator limitante do metabolismo das células da raiz (hipóxia).Quando o nível de conteúdo de oxigênio é baixo, o crescimento diminui ou até para.Se a hipóxia radicular parcial afetar apenas ramos e folhas, o sistema radicular pode compensar a parte do sistema radicular que não está mais ativa por algum motivo, aumentando a absorção local.

O mecanismo metabólico da planta depende do oxigênio como aceptor de elétrons.Sem oxigênio, a produção de ATP irá parar.Sem ATP, o fluxo de prótons das raízes parará, a seiva celular das células das raízes se tornará ácida e essas células morrerão em poucas horas.A hipóxia temporária e de curto prazo não causará estresse nutricional irreversível nas plantas.Devido ao mecanismo de “respiração de nitrato”, pode ser uma adaptação de curto prazo para lidar com a hipóxia como uma forma alternativa durante a hipóxia radicular.No entanto, a hipóxia a longo prazo levará a um crescimento lento, diminuição da área foliar e diminuição do peso fresco e seco, o que levará a um declínio significativo no rendimento da cultura.

Etileno

As plantas formarão etileno in situ sob muito estresse.Normalmente, o etileno é removido das raízes por difusão no ar do solo.Quando ocorre o encharcamento, a formação de etileno não apenas aumenta, mas também a difusão é bastante reduzida porque as raízes são cercadas por água.O aumento da concentração de etileno levará à formação de tecido de aeração nas raízes (Figura 2).O etileno também pode causar senescência foliar, e a interação entre etileno e auxina aumentará a formação de raízes adventícias.

Estresse de oxigênio leva à diminuição do crescimento foliar

ABA é produzido em raízes e folhas para lidar com vários estresses ambientais.No ambiente radicular, a resposta típica ao estresse é o fechamento estomático, que envolve a formação de ABA.Antes do fechamento dos estômatos, a parte superior da planta perde a pressão de intumescimento, as folhas superiores murcham e a eficiência fotossintética também pode diminuir.Muitos estudos mostraram que os estômatos respondem ao aumento da concentração de ABA no apoplasto fechando, ou seja, o conteúdo total de ABA em não folhas liberando ABA intracelular, as plantas podem aumentar a concentração de ABA no apoplasto muito rapidamente.Quando as plantas estão sob estresse ambiental, elas começam a liberar ABA nas células, e o sinal de liberação da raiz pode ser transmitido em minutos em vez de horas.O aumento de ABA no tecido foliar pode reduzir o alongamento da parede celular e levar à diminuição do alongamento foliar.Outro efeito da hipóxia é que o tempo de vida das folhas é encurtado, o que afetará todas as folhas.A hipóxia geralmente leva à diminuição do transporte de citocinina e nitrato.A falta de nitrogênio ou citocinina encurtará o tempo de manutenção da área foliar e interromperá o crescimento de galhos e folhas em poucos dias.

Otimizando o ambiente de oxigênio do sistema radicular da cultura

As características do substrato são decisivas para a distribuição de água e oxigênio.A concentração de oxigênio no ambiente radicular de hortaliças em estufa está principalmente relacionada à capacidade de retenção de água do substrato, irrigação (tamanho e frequência), estrutura do substrato e temperatura da faixa do substrato.Somente quando o teor de oxigênio no ambiente radicular estiver pelo menos acima de 10% (4~5mg/L) a atividade radicular poderá ser mantida em seu melhor estado.

O sistema radicular das culturas é muito importante para o crescimento das plantas e resistência a doenças.Água e nutrientes serão absorvidos de acordo com as necessidades das plantas.No entanto, o nível de oxigênio no ambiente radicular determina em grande parte a eficiência de absorção de nutrientes e água e a qualidade do sistema radicular.O nível de oxigênio suficiente no ambiente do sistema radicular pode garantir a saúde do sistema radicular, de modo que as plantas tenham melhor resistência a microrganismos patogênicos (Figura 3).O nível adequado de oxigênio no substrato também minimiza o risco de condições anaeróbicas, minimizando assim o risco de microrganismos patogênicos.

Consumo de oxigênio no ambiente radicular

O consumo máximo de oxigênio das culturas pode chegar a 40mg/m2/h (o consumo depende das culturas).Dependendo da temperatura, a água de irrigação pode conter até 7~8mg/L de oxigênio (Figura 4).Para atingir 40 mg, deve-se fornecer 5L de água a cada hora para suprir a demanda de oxigênio, mas, na verdade, a quantidade de irrigação em um dia pode não ser alcançada.Isso significa que o oxigênio fornecido pela irrigação desempenha apenas um pequeno papel.A maior parte do suprimento de oxigênio chega à zona radicular através dos poros da matriz, e a contribuição do suprimento de oxigênio pelos poros chega a 90%, dependendo da hora do dia.Quando a evaporação das plantas atinge o máximo, a quantidade de irrigação também atinge o máximo, o que equivale a 1~1,5L/m2/h.Se a água de irrigação contiver 7mg/L de oxigênio, fornecerá 7~11mg/m2/h de oxigênio para a zona radicular.Isso é equivalente a 17% ~ 25% da demanda.Obviamente, isso se aplica apenas à situação em que a água de irrigação pobre em oxigênio no substrato é substituída por água de irrigação fresca.

Além do consumo de raízes, os microorganismos no ambiente radicular também consomem oxigênio.É difícil quantificar isso porque nenhuma medição foi feita a esse respeito.Uma vez que novos substratos são substituídos todos os anos, pode-se supor que os microrganismos desempenham um papel relativamente pequeno no consumo de oxigênio.

Otimize a temperatura ambiente das raízes

A temperatura ambiente do sistema radicular é muito importante para o crescimento e função normais do sistema radicular, e também é um fator importante que afeta a absorção de água e nutrientes pelo sistema radicular.

Uma temperatura muito baixa do substrato (temperatura da raiz) pode dificultar a absorção de água.A 5 ℃, a absorção é 70% ~ 80% menor do que a 20 ℃.Se a baixa temperatura do substrato for acompanhada por alta temperatura, isso levará ao murchamento da planta.A absorção de íons obviamente depende da temperatura, que inibe a absorção de íons em baixa temperatura, e a sensibilidade de diferentes elementos nutrientes à temperatura é diferente.

A temperatura muito alta do substrato também é inútil e pode levar a um sistema radicular muito grande.Ou seja, há uma distribuição desequilibrada da matéria seca nas plantas.Como o sistema radicular é muito grande, ocorrerão perdas desnecessárias pela respiração, e essa parte da energia perdida poderia ter sido usada para a colheita da planta.Em temperaturas mais altas do substrato, o teor de oxigênio dissolvido é menor, o que tem um impacto muito maior no teor de oxigênio no ambiente radicular do que o oxigênio consumido pelos microrganismos.O sistema radicular consome muito oxigênio e até leva à hipóxia no caso de substrato ou estrutura do solo deficiente, reduzindo assim a absorção de água e íons.

Manter a capacidade razoável de retenção de água da matriz.

Existe uma correlação negativa entre o teor de água e o teor percentual de oxigênio na matriz.Quando o teor de água aumenta, o teor de oxigênio diminui e vice-versa.Existe uma faixa crítica entre o teor de água e o oxigênio na matriz, ou seja, 80%~85% de teor de água (Figura 5).A manutenção a longo prazo do teor de água acima de 85% no substrato afetará o suprimento de oxigênio.A maior parte do suprimento de oxigênio (75%~90%) ocorre através dos poros da matriz.

Suplemento de irrigação ao teor de oxigênio no substrato

Mais luz solar levará a um maior consumo de oxigênio e menor concentração de oxigênio nas raízes (Figura 6), e mais açúcar aumentará o consumo de oxigênio à noite.A transpiração é forte, a absorção de água é grande e há mais ar e mais oxigênio no substrato.Pode ser visto à esquerda da Figura 7 que o teor de oxigênio no substrato aumentará ligeiramente após a irrigação sob a condição de que a capacidade de retenção de água do substrato seja alta e o teor de ar seja muito baixo.Como mostrado à direita da fig.7, na condição de iluminação relativamente melhor, o teor de ar no substrato aumenta devido à maior absorção de água (mesmos tempos de irrigação).A influência relativa da irrigação no teor de oxigênio no substrato é muito menor do que a capacidade de retenção de água (conteúdo de ar) no substrato.

Discutir

Na produção real, o conteúdo de oxigênio (ar) no ambiente das raízes das culturas é facilmente ignorado, mas é um fator importante para garantir o crescimento normal das culturas e o desenvolvimento saudável das raízes.

Para obter o rendimento máximo durante a produção agrícola, é muito importante proteger o ambiente do sistema radicular nas melhores condições possíveis.Estudos mostram que o O₂o conteúdo no ambiente do sistema radicular abaixo de 4mg/L terá um impacto negativo no crescimento da cultura.o O₂o conteúdo no ambiente radicular é influenciado principalmente pela irrigação (quantidade e frequência de irrigação), estrutura do substrato, teor de água do substrato, estufa e temperatura do substrato, e diferentes padrões de plantio serão diferentes.Algas e microrganismos também têm uma certa relação com o teor de oxigênio no ambiente radicular das culturas hidropônicas.A hipóxia não apenas causa o desenvolvimento lento das plantas, mas também aumenta a pressão de patógenos radiculares (pythium, phytophthora, fusarium) no crescimento radicular.

A estratégia de irrigação tem uma influência significativa no O₂conteúdo no substrato, além de ser uma forma mais controlável no processo de plantio.Alguns estudos de plantio de rosas descobriram que aumentar lentamente o teor de água no substrato (pela manhã) pode obter um melhor estado de oxigênio.No substrato com baixa capacidade de retenção de água, o substrato pode manter alto teor de oxigênio e, ao mesmo tempo, é necessário evitar a diferença de teor de água entre os substratos por meio de maior frequência de irrigação e menor intervalo.Quanto menor a capacidade de retenção de água dos substratos, maior a diferença entre os substratos.Substrato úmido, menor frequência de irrigação e maior intervalo garantem maior reposição de ar e condições favoráveis ​​de oxigênio.

A drenagem do substrato é outro fator que tem grande influência na taxa de renovação e no gradiente de concentração de oxigênio no substrato, dependendo do tipo e capacidade de retenção de água do substrato.O líquido de irrigação não deve permanecer no fundo do substrato por muito tempo, mas deve ser descarregado rapidamente para que a água de irrigação fresca enriquecida com oxigênio possa atingir o fundo do substrato novamente.A velocidade de escoamento pode ser influenciada por algumas medidas relativamente simples, como a inclinação do substrato nas direções longitudinal e de largura.Quanto maior o gradiente, mais rápida a velocidade de drenagem.Substratos diferentes têm aberturas diferentes e o número de saídas também é diferente.

FIM

[informações de citação]

Xie Yuanpei.Efeitos do teor de oxigênio ambiental nas raízes das culturas de efeito estufa sobre o crescimento das culturas [J].Tecnologia de Engenharia Agrícola, 2022,42(31):21-24.