Tecnologia de engenharia agrícola para cultivo em estufa. Publicado em Pequim às 17h30 do dia 13 de janeiro de 2023.

A absorção da maioria dos nutrientes é um processo intimamente ligado às atividades metabólicas das raízes das plantas. Esses processos requerem energia gerada pela respiração celular das raízes, e a absorção de água também é regulada pela temperatura e pela respiração, sendo que a respiração requer a participação de oxigênio. Portanto, o oxigênio no ambiente radicular 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 níveis de umidade. Existem muitos fatores que contribuem para a otimização do teor de oxigênio no ambiente radicular, mas o grau de influência de cada fator é bastante diferente. Manter uma capacidade de retenção de água (teor de ar) adequada no substrato é a premissa para manter um alto teor de oxigênio no ambiente radicular.

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

Teor de oxigênio dissolvido na água

O oxigênio dissolvido é o oxigênio livre ou não ligado presente na água, e seu teor atinge o máximo a uma determinada temperatura, correspondendo ao teor de oxigênio saturado. O teor de oxigênio saturado na água varia com a temperatura, diminuindo com o aumento da temperatura. O teor de oxigênio saturado em água limpa é maior do que em água do mar salgada (Figura 1), portanto, o teor de oxigênio saturado em soluções nutritivas com diferentes concentrações também será diferente.

Transporte de oxigênio na matriz

O oxigênio que as raízes das culturas em estufa obtêm da solução nutritiva deve estar em estado livre, sendo transportado no substrato através do ar e da água que circula ao redor das raízes. Quando o equilíbrio entre o oxigênio presente no ar e a temperatura é atingido, a concentração de oxigênio dissolvido na água atinge o máximo, e a variação na concentração de oxigênio no ar leva a uma variação proporcional na concentração de oxigênio na água.

Efeitos do estresse hipóxico no ambiente radicular sobre as culturas.

Causas da hipóxia radicular

Existem diversas razões pelas quais o risco de hipóxia em sistemas hidropônicos e de cultivo em substrato é maior no verão. Primeiramente, o teor de oxigênio saturado na água diminui com o aumento da temperatura. Em segundo lugar, a necessidade de oxigênio para manter o crescimento das raízes aumenta com a elevação da temperatura. Além disso, a absorção de nutrientes é maior no verão, elevando a demanda por oxigênio para essa absorção. Isso leva à diminuição do teor de oxigênio no ambiente radicular e à falta de suplementação eficaz, resultando em hipóxia nas raízes.

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 celular da raiz, ou seja, a decomposição dos produtos da fotossíntese na presença de oxigênio. Estudos demonstraram que 10% a 20% do total de assimilados em plantas de tomate são utilizados nas raízes, sendo 50% destinados à absorção de íons nutrientes, 40% ao crescimento e apenas 10% à manutenção. As raízes precisam encontrar oxigênio no ambiente imediato onde liberam CO₂.₂Em condições anaeróbicas causadas por ventilação inadequada em substratos e sistemas hidropônicos, a hipóxia afeta a absorção de água e nutrientes. A hipóxia tem uma resposta rápida à absorção ativa de nutrientes, principalmente nitrato (NO₃⁻).₃^-), potássio (K) e fosfato (PO₄^3-), o que irá interferir na absorção passiva de cálcio (Ca) e magnésio (Mg).

O crescimento das raízes das plantas necessita de energia, a atividade normal das raízes requer a menor concentração de oxigênio possível, e a concentração de oxigênio abaixo do valor COP torna-se um fator limitante para o metabolismo das células radiculares (hipóxia). Quando o nível de oxigênio está baixo, o crescimento diminui ou até mesmo para. Se a hipóxia parcial das raízes afetar apenas os ramos e as folhas, o sistema radicular pode compensar a parte que não está ativa por algum motivo, aumentando a absorção local.

O mecanismo metabólico das plantas depende do oxigênio como aceptor de elétrons. Sem oxigênio, a produção de ATP cessa. Sem ATP, o fluxo de prótons pelas raízes para, a seiva das células radiculares torna-se ácida e essas células morrem em poucas horas. A hipóxia temporária e de curta duração não causa estresse nutricional irreversível nas plantas. Devido ao mecanismo de “respiração de nitrato”, pode haver uma adaptação de curto prazo para lidar com a hipóxia como uma alternativa durante a hipóxia radicular. No entanto, a hipóxia prolongada leva ao crescimento lento, à redução da área foliar e à diminuição do peso fresco e seco, o que resulta em uma queda significativa na produtividade da cultura.

Etileno

Sob estresse intenso, as plantas produzem etileno in situ. Normalmente, o etileno é removido das raízes por difusão para o ar do solo. Quando ocorre alagamento, a produção de etileno não só aumenta, como também a difusão é drasticamente reduzida, pois as raízes ficam imersas em água. O aumento da concentração de etileno leva à formação de tecido aerado nas raízes (Figura 2). O etileno também pode causar senescência foliar, e a interação entre etileno e auxina aumenta a formação de raízes adventícias.

O estresse por oxigênio leva à diminuição do crescimento das folhas.

O ABA é produzido nas raízes e folhas para lidar com diversos 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 aérea da planta perde a pressão de intumescimento, as folhas superiores murcham e a eficiência fotossintética pode diminuir. Muitos estudos demonstraram que os estômatos respondem ao aumento da concentração de ABA no apoplasto fechando-se, ou seja, o conteúdo total de ABA em tecidos não foliares é reduzido pela liberação de ABA intracelular, permitindo que as plantas aumentem rapidamente a concentração de ABA no apoplasto. Quando as plantas estão sob estresse ambiental, elas começam a liberar ABA nas células, e o sinal de liberação na 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 da folha. Outro efeito da hipóxia é o encurtamento da vida útil das folhas, afetando todas elas. A hipóxia geralmente leva à diminuição do transporte de citocinina e nitrato. A falta de nitrogênio ou de citocinina reduzirá o tempo de manutenção da área foliar e interromperá o crescimento de ramos e folhas em poucos dias.

Otimização do ambiente de oxigênio no sistema radicular das culturas

As características do substrato são decisivas para a distribuição de água e oxigênio. A concentração de oxigênio no ambiente radicular de hortaliças cultivadas em estufa está principalmente relacionada à capacidade de retenção de água do substrato, à irrigação (quantidade e frequência), à estrutura do substrato e à temperatura da faixa de substrato. Somente quando o teor de oxigênio no ambiente radicular for de pelo menos 10% (4 a 5 mg/L) é que a atividade radicular poderá ser mantida em ótimas condições.

O sistema radicular das culturas é muito importante para o crescimento e a resistência das plantas a doenças. Água e nutrientes são absorvidos de acordo com as necessidades das plantas. No entanto, o nível de oxigênio no ambiente radicular determina em grande parte a eficiência da absorção de nutrientes e água, bem como a qualidade do sistema radicular. Um nível suficiente de oxigênio no ambiente radicular garante a saúde do sistema radicular, conferindo às plantas maior resistência a microrganismos patogênicos (Figura 3). Um nível adequado de oxigênio no substrato também minimiza o risco de condições anaeróbicas, reduzindo assim o risco de microrganismos patogênicos.

Consumo de oxigênio no ambiente radicular

O consumo máximo de oxigênio pelas culturas pode chegar a 40 mg/m²/h (o consumo varia de acordo com a cultura). Dependendo da temperatura, a água de irrigação pode conter até 7 a 8 mg/L de oxigênio (Figura 4). Para atingir 40 mg/L, seria necessário fornecer 5 L de água por hora para suprir a demanda de oxigênio, mas, na prática, essa quantidade de água para irrigação em um dia pode não ser suficiente. Isso significa que o oxigênio fornecido pela irrigação tem um papel pequeno. A maior parte do oxigênio chega à zona radicular através dos poros do substrato, e a contribuição do fornecimento de oxigênio através dos poros pode chegar a 90%, dependendo da hora do dia. Quando a evaporação das plantas atinge o máximo, a quantidade de água para irrigação também atinge o máximo, o que equivale a 1 a 1,5 L/m²/h. Se a água de irrigação contiver 7 mg/L de oxigênio, ela fornecerá de 7 a 11 mg/m²/h de oxigênio para a zona radicular. Isso equivale a 17% a 25% da demanda. Obviamente, isso só se aplica à situação em que a água de irrigação pobre em oxigênio no substrato é substituída por água de irrigação fresca.

Além do consumo pelas raízes, os microrganismos presentes no ambiente radicular também consomem oxigênio. É difícil quantificar esse consumo, pois não foram realizadas medições nesse sentido. Considerando que os substratos são renovados anualmente, presume-se que os microrganismos desempenhem um papel relativamente pequeno no consumo de oxigênio.

Otimizar a temperatura ambiental das raízes

A temperatura ambiental do sistema radicular é muito importante para o seu crescimento e funcionamento normais, sendo também um fator importante que afeta a absorção de água e nutrientes pelas raízes.

Temperaturas muito baixas no substrato (temperatura das raízes) podem dificultar a absorção de água. A 5°C, a absorção é 70% a 80% menor do que a 20°C. Se a baixa temperatura do substrato for acompanhada de alta temperatura, isso levará ao murchamento da planta. A absorção de íons depende da temperatura, sendo que temperaturas baixas inibem a absorção, e a sensibilidade de diferentes nutrientes à temperatura varia.

Temperaturas muito altas no substrato também são ineficazes e podem levar a um sistema radicular excessivamente grande. Em outras palavras, ocorre uma distribuição desequilibrada de matéria seca nas plantas. Como o sistema radicular é muito extenso, perdas desnecessárias ocorrem por meio da respiração, energia que poderia ser utilizada na produção de frutos. 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, podendo até levar à hipóxia em casos de substrato ou solo com estrutura inadequada, reduzindo assim a absorção de água e íons.

Manter uma capacidade razoável de retenção de água na matriz.

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

Suplementação da irrigação para aumentar o teor de oxigênio no substrato.

Mais luz solar leva a um maior consumo de oxigênio e menor concentração de oxigênio nas raízes (Figura 6), e mais açúcar aumenta o consumo de oxigênio à noite. A transpiração é intensa, a absorção de água é grande e há mais ar e mais oxigênio no substrato. Pode-se observar, à esquerda da Figura 7, que o teor de oxigênio no substrato aumenta ligeiramente após a irrigação, sob a condição de alta capacidade de retenção de água do substrato e baixo teor de ar. Como mostrado à direita da Figura 7, sob a condição de iluminação relativamente melhor, o teor de ar no substrato aumenta devido à maior absorção de água (mesmo número de irrigações). A influência relativa da irrigação no teor de oxigênio no substrato é muito menor do que a influência na capacidade de retenção de água (teor de ar) do substrato.

Discutir

Na produção agrícola, o teor de oxigênio (ar) no ambiente radicular das culturas é facilmente negligenciado, mas é um fator importante para garantir o crescimento normal das plantas e o desenvolvimento saudável das raízes.

Para obter o máximo rendimento durante a produção agrícola, é crucial proteger o ambiente do sistema radicular nas melhores condições possíveis. Estudos têm demonstrado que o O₂O teor de oxigênio (O) no ambiente do sistema radicular abaixo de 4 mg/L terá um impacto negativo no crescimento da cultura.₂O teor de oxigênio no ambiente radicular é influenciado principalmente pela irrigação (quantidade e frequência), estrutura do substrato, teor de água no substrato, temperatura da estufa e do substrato, e diferentes padrões de plantio resultarão em efeitos distintos. Algas e microrganismos também apresentam certa relação com o teor de oxigênio no ambiente radicular de culturas hidropônicas. A hipóxia não só causa o desenvolvimento lento das plantas, como também aumenta a pressão de patógenos radiculares (Pythium, Phytophthora, Fusarium) sobre o crescimento das raízes.

A estratégia de irrigação tem uma influência significativa no O₂O controle do teor de água no substrato também é uma forma mais eficaz de gerenciar o processo de plantio. Alguns estudos sobre o cultivo de rosas demonstraram que o aumento gradual do teor de água no substrato (pela manhã) proporciona uma melhor oxigenação. Em substratos com baixa capacidade de retenção de água, é possível manter um alto teor de oxigênio. Ao mesmo tempo, é necessário evitar a discrepância no teor de água entre os substratos, por meio de irrigações mais frequentes e intervalos menores. Quanto menor a capacidade de retenção de água do substrato, maior a diferença no teor de água entre os substratos. Um substrato úmido, com menor frequência de irrigação e intervalos mais longos, garante maior renovação do ar e condições favoráveis ​​à oxigenação.

A drenagem do substrato é outro fator que influencia bastante a taxa de renovação e o gradiente de concentração de oxigênio no substrato, dependendo do tipo e da capacidade de retenção de água do mesmo. O líquido de irrigação não deve permanecer no fundo do substrato por muito tempo, mas sim ser drenado rapidamente para que água fresca e rica em oxigênio possa atingir novamente o fundo. A velocidade de drenagem pode ser influenciada por medidas relativamente simples, como a inclinação do substrato nas direções longitudinal e transversal. Quanto maior a inclinação, maior a velocidade de drenagem. Diferentes substratos possuem diferentes poros e, consequentemente, diferentes quantidades de orifícios de drenagem.

FIM

[informações de citação]

Xie Yuanpei. Efeitos do teor de oxigênio ambiental nas raízes de culturas de estufa no crescimento da cultura [J]. Tecnologia de Engenharia Agrícola, 2022,42(31):21-24.