Công nghệ kỹ thuật nông nghiệp làm vườn nhà kínhĐược đăng tại Bắc Kinh lúc 17:30 ngày 13 tháng 1 năm 2023.

Sự hấp thụ hầu hết các nguyên tố dinh dưỡng là quá trình liên quan chặt chẽ đến hoạt động trao đổi chất của rễ cây.Các quá trình này cần năng lượng được tạo ra bởi quá trình hô hấp của tế bào rễ, và sự hấp thụ nước cũng được điều chỉnh bởi nhiệt độ và hô hấp, và quá trình hô hấp cần có sự tham gia của oxy, vì vậy oxy trong môi trường rễ có tác động sống còn đến sự phát triển bình thường của cây trồng.Hàm lượng oxy hòa tan trong nước bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và độ mặn, và cấu trúc của chất nền quyết định hàm lượng không khí trong môi trường rễ.Tưới có sự khác biệt lớn trong việc đổi mới và bổ sung hàm lượng ôxy trong các giá thể với các trạng thái hàm lượng nước khác nhau.Có nhiều yếu tố để tối ưu hóa hàm lượng oxy trong môi trường rễ, tuy nhiên mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố là khá khác nhau.Duy trì khả năng giữ nước hợp lý của chất nền (hàm lượng không khí) là tiền đề để duy trì hàm lượng oxy cao trong môi trường rễ.

Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ mặn đến hàm lượng oxy bão hòa trong dung dịch

Hàm lượng oxy hòa tan trong nước

Oxy hòa tan được hòa tan trong oxy không liên kết hoặc tự do trong nước và hàm lượng oxy hòa tan trong nước sẽ đạt mức tối đa ở một nhiệt độ nhất định, đó là hàm lượng oxy bão hòa.Hàm lượng oxy bão hòa trong nước thay đổi theo nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì hàm lượng oxy giảm.Hàm lượng oxy bão hòa của nước trong cao hơn nước biển chứa muối (Hình 1) nên hàm lượng oxy bão hòa của các dung dịch dinh dưỡng có nồng độ khác nhau sẽ khác nhau.

Vận chuyển oxy trong ma trận

Oxy mà rễ cây trồng trong nhà kính có thể lấy từ dung dịch dinh dưỡng phải ở trạng thái tự do và oxy được vận chuyển trong chất nền qua không khí, nước và nước xung quanh rễ.Khi nó ở trạng thái cân bằng với hàm lượng oxy trong không khí ở một nhiệt độ nhất định, oxy hòa tan trong nước đạt mức tối đa và sự thay đổi hàm lượng oxy trong không khí sẽ dẫn đến sự thay đổi tỷ lệ của hàm lượng oxy trong nước.

Ảnh hưởng của tình trạng thiếu oxy trong môi trường rễ đối với cây trồng

Nguyên nhân gây thiếu oxy rễ

Có một số lý do tại sao nguy cơ thiếu oxy trong hệ thống canh tác thủy canh và giá thể cao hơn vào mùa hè.Trước hết, hàm lượng oxy bão hòa trong nước sẽ giảm khi nhiệt độ tăng.Thứ hai, lượng oxy cần thiết để duy trì sự phát triển của rễ tăng lên khi nhiệt độ tăng.Hơn nữa, mùa hè lượng dinh dưỡng hấp thụ cao hơn nên nhu cầu oxy để hấp thu dinh dưỡng cao hơn.Dẫn đến hàm lượng oxy trong môi trường rễ giảm và không được bổ sung hiệu quả dẫn đến tình trạng thiếu oxy trong môi trường rễ.

Hấp thụ và tăng trưởng

Sự hấp thụ hầu hết các chất dinh dưỡng thiết yếu phụ thuộc vào các quá trình liên quan chặt chẽ đến quá trình trao đổi chất của rễ, đòi hỏi năng lượng được tạo ra từ quá trình hô hấp của tế bào rễ, tức là sự phân hủy các sản phẩm quang hợp khi có oxy.Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng 10% ~ 20% tổng số chất đồng hóa của cây cà chua được sử dụng trong rễ, 50% trong số đó được sử dụng để hấp thụ ion dinh dưỡng, 40% để tăng trưởng và chỉ 10% để duy trì.Rễ phải tìm oxy trong môi trường trực tiếp, nơi chúng giải phóng CO₂.Trong điều kiện yếm khí do thông khí kém trong giá thể và thủy canh, tình trạng thiếu oxy sẽ ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ nước và chất dinh dưỡng.Tình trạng thiếu oxy có phản ứng nhanh đối với sự hấp thụ tích cực các chất dinh dưỡng, cụ thể là nitrat (NO₃^-), kali (K) và phốt phát (PO₄^3-), sẽ cản trở sự hấp thụ thụ động của canxi (Ca) và magiê (Mg).

Sự phát triển của rễ cây cần năng lượng, hoạt động bình thường của rễ cần nồng độ oxy thấp nhất và nồng độ oxy dưới giá trị COP trở thành yếu tố hạn chế chuyển hóa tế bào rễ (thiếu oxy).Khi hàm lượng oxy thấp, sự tăng trưởng chậm lại hoặc thậm chí dừng lại.Nếu tình trạng thiếu oxy một phần rễ chỉ ảnh hưởng đến cành và lá, hệ thống rễ có thể bù đắp cho phần hệ thống rễ không còn hoạt động vì lý do nào đó bằng cách tăng khả năng hấp thụ cục bộ.

Cơ chế trao đổi chất của thực vật phụ thuộc vào oxy là chất nhận điện tử.Không có oxy, quá trình sản xuất ATP sẽ dừng lại.Nếu không có ATP, dòng proton từ rễ sẽ ngừng lại, nhựa tế bào của tế bào rễ sẽ trở nên có tính axit và những tế bào này sẽ chết trong vòng vài giờ.Tình trạng thiếu oxy tạm thời và ngắn hạn sẽ không gây ra tình trạng căng thẳng dinh dưỡng không thể đảo ngược ở cây trồng.Do cơ chế “hô hấp nitrat”, nó có thể là một sự thích nghi ngắn hạn để đối phó với tình trạng thiếu oxy như một cách thay thế trong tình trạng thiếu oxy ở rễ.Tuy nhiên, nếu thiếu oxy trong thời gian dài sẽ dẫn đến cây chậm lớn, giảm diện tích lá, giảm trọng lượng tươi và khô, dẫn đến năng suất cây trồng giảm đáng kể.

êtylen

Thực vật sẽ hình thành ethylene tại chỗ dưới nhiều căng thẳng.Thông thường, ethylene được loại bỏ khỏi rễ bằng cách khuếch tán vào không khí trong đất.Khi bị ngập úng, sự hình thành etylen không những tăng lên mà khả năng khuếch tán cũng giảm đi rất nhiều do xung quanh rễ cây là nước.Sự gia tăng nồng độ ethylene sẽ dẫn đến sự hình thành các mô thoáng khí trong rễ (Hình 2).Ethylene cũng có thể gây ra sự lão hóa của lá và sự tương tác giữa ethylene và auxin sẽ làm tăng sự hình thành rễ bất định.

Căng thẳng oxy dẫn đến giảm sự phát triển của lá

ABA được sản xuất trong rễ và lá để đối phó với các áp lực môi trường khác nhau.Trong môi trường rễ, phản ứng điển hình đối với stress là đóng khí khổng, liên quan đến sự hình thành ABA.Trước khi khí khổng đóng lại, phần ngọn của cây mất áp suất trương nở, các lá phía trên bị héo, hiệu quả quang hợp cũng có thể giảm.Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng khí khổng phản ứng với sự gia tăng nồng độ ABA trong apoplast bằng cách đóng lại, nghĩa là tổng hàm lượng ABA trong lá non bằng cách giải phóng ABA nội bào, thực vật có thể tăng nồng độ ABA apoplast rất nhanh.Khi thực vật chịu áp lực về môi trường, chúng bắt đầu giải phóng ABA trong tế bào và tín hiệu giải phóng rễ có thể được truyền đi trong vài phút thay vì hàng giờ.Sự gia tăng ABA trong mô lá có thể làm giảm sự kéo dài của thành tế bào và dẫn đến giảm độ dài của lá.Một ảnh hưởng khác của tình trạng thiếu oxy là tuổi thọ của lá bị rút ngắn, điều này sẽ ảnh hưởng đến tất cả các lá.Tình trạng thiếu oxy thường dẫn đến giảm vận chuyển cytokinin và nitrat.Thiếu đạm hoặc thiếu cytokinin sẽ rút ngắn thời gian duy trì diện tích lá và làm ngừng sinh trưởng của cành, lá trong vòng vài ngày.

Tối ưu hóa môi trường oxy của bộ rễ cây trồng

Các đặc tính của chất nền có tính chất quyết định đối với sự phân bố nước và oxy.Nồng độ oxy trong môi trường rễ của rau nhà kính chủ yếu liên quan đến khả năng giữ nước của chất nền, tưới (kích thước và tần suất), cấu trúc chất nền và nhiệt độ dải chất nền.Chỉ khi hàm lượng oxy trong môi trường rễ ít nhất trên 10% (4~5mg/L) thì hoạt động của rễ mới có thể được duy trì ở trạng thái tốt nhất.

Hệ thống rễ của cây trồng rất quan trọng đối với sự phát triển của cây trồng và khả năng kháng bệnh của cây trồng.Nước và chất dinh dưỡng sẽ được hấp thụ theo nhu cầu của cây trồng.Tuy nhiên, mức oxy trong môi trường rễ quyết định phần lớn đến hiệu quả hấp thụ chất dinh dưỡng và nước cũng như chất lượng của hệ thống rễ.Mức oxy đầy đủ trong môi trường hệ thống rễ có thể đảm bảo sức khỏe của hệ thống rễ, nhờ đó cây trồng có khả năng chống lại các vi sinh vật gây bệnh tốt hơn (Hình 3).Mức oxy đầy đủ trong giá thể cũng giảm thiểu rủi ro của điều kiện kỵ khí, do đó giảm thiểu rủi ro của vi sinh vật gây bệnh.

Tiêu thụ oxy trong môi trường rễ

Mức tiêu thụ oxy tối đa của cây trồng có thể lên tới 40mg/m2/h (mức tiêu thụ phụ thuộc vào loại cây trồng).Tùy thuộc vào nhiệt độ, nước tưới có thể chứa tới 7~8 mg/L oxy (Hình 4).Để đạt được 40 mg, mỗi giờ phải tưới 5L nước mới đáp ứng được nhu cầu ôxy, nhưng thực tế lượng tưới trong một ngày có thể không đạt.Điều này có nghĩa là oxy do tưới tiêu cung cấp chỉ đóng một vai trò nhỏ.Hầu hết nguồn cung cấp oxy đến vùng rễ thông qua các lỗ trong ma trận và tỷ lệ cung cấp oxy qua các lỗ lên tới 90%, tùy thuộc vào thời gian trong ngày.Khi độ thoát hơi nước của cây trồng đạt cực đại thì lượng nước tưới cũng đạt cực đại tương ứng với 1~1.5L/m2/h.Nếu nước tưới chứa 7mg/L oxy sẽ cung cấp 7~11mg/m2/h oxy cho vùng rễ.Con số này tương đương với 17%~25% nhu cầu.Tất nhiên, điều này chỉ áp dụng cho tình huống nước tưới nghèo oxy trong chất nền được thay thế bằng nước tưới mới.

Ngoài sự tiêu thụ của rễ, vi sinh vật trong môi trường rễ cũng tiêu thụ oxy.Rất khó để định lượng điều này vì không có phép đo nào được thực hiện về mặt này.Do chất nền mới được thay thế hàng năm nên có thể giả định rằng vi sinh vật đóng một vai trò tương đối nhỏ trong việc tiêu thụ oxy.

Tối ưu hóa nhiệt độ môi trường của rễ

Nhiệt độ môi trường của hệ thống rễ rất quan trọng đối với sự phát triển bình thường và chức năng của hệ thống rễ, đồng thời nó cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự hấp thụ nước và chất dinh dưỡng của hệ thống rễ.

Nhiệt độ giá thể (nhiệt độ rễ) quá thấp có thể dẫn đến khó hấp thụ nước.Ở 5℃, độ hấp thụ thấp hơn 70%~80% so với ở 20℃.Nếu nhiệt độ cơ chất thấp kèm theo nhiệt độ cao sẽ dẫn đến hiện tượng héo cây.Sự hấp thụ ion rõ ràng phụ thuộc vào nhiệt độ, điều này ức chế sự hấp thụ ion ở nhiệt độ thấp và độ nhạy cảm của các nguyên tố dinh dưỡng khác nhau với nhiệt độ là khác nhau.

Nhiệt độ chất nền quá cao cũng vô ích và có thể dẫn đến hệ thống rễ quá lớn.Nói cách khác, có sự phân bố vật chất khô không cân đối trong cây.Bởi vì hệ thống rễ quá lớn, sự thất thoát không cần thiết sẽ xảy ra thông qua quá trình hô hấp, và phần năng lượng thất thoát này có thể đã được sử dụng cho phần thu hoạch của cây.Ở nhiệt độ cơ chất cao hơn, hàm lượng oxy hòa tan thấp hơn, điều này có tác động lớn hơn nhiều đến hàm lượng oxy trong môi trường rễ so với lượng oxy mà vi sinh vật tiêu thụ.Hệ thống rễ tiêu thụ rất nhiều oxy, thậm chí dẫn đến tình trạng thiếu oxy trong trường hợp chất nền hoặc kết cấu đất kém, do đó làm giảm khả năng hấp thụ nước và ion.

Duy trì khả năng giữ nước hợp lý của ma trận.

Có một mối tương quan nghịch giữa hàm lượng nước và hàm lượng phần trăm oxy trong ma trận.Khi hàm lượng nước tăng thì hàm lượng oxy giảm và ngược lại.Có một phạm vi quan trọng giữa hàm lượng nước và oxy trong ma trận, nghĩa là hàm lượng nước 80% ~ 85% (Hình 5).Việc duy trì lâu dài hàm lượng nước trên 85% trong chất nền sẽ ảnh hưởng đến việc cung cấp oxy.Hầu hết nguồn cung cấp oxy (75%~90%) là thông qua các lỗ trong ma trận.

Bổ sung tưới cho hàm lượng oxy trong chất nền

Nhiều ánh sáng mặt trời hơn sẽ dẫn đến mức tiêu thụ oxy cao hơn và nồng độ oxy trong rễ thấp hơn (Hình 6), và nhiều đường hơn sẽ khiến mức tiêu thụ oxy cao hơn vào ban đêm.Sự thoát hơi nước mạnh, khả năng hấp thụ nước lớn, trong chất nền có nhiều không khí và nhiều oxy hơn.Có thể thấy từ bên trái của Hình 7, hàm lượng oxy trong chất nền sẽ tăng nhẹ sau khi tưới trong điều kiện khả năng giữ nước của chất nền cao và hàm lượng không khí rất thấp.Như thể hiện ở bên phải của hình.7, trong điều kiện chiếu sáng tương đối tốt hơn, hàm lượng không khí trong chất nền tăng lên do khả năng hút nước nhiều hơn (cùng số lần tưới).Ảnh hưởng tương đối của việc tưới lên hàm lượng oxy trong chất nền ít hơn nhiều so với khả năng giữ nước (hàm lượng không khí) trong chất nền.

Bàn luận

Trong thực tế sản xuất, hàm lượng oxy (không khí) trong môi trường rễ cây trồng rất dễ bị bỏ qua nhưng lại là yếu tố quan trọng đảm bảo cây trồng sinh trưởng bình thường và bộ rễ phát triển khỏe mạnh.

Để thu được năng suất tối đa trong quá trình sản xuất cây trồng, điều rất quan trọng là phải bảo vệ môi trường của hệ thống rễ trong điều kiện tốt nhất càng nhiều càng tốt.Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng O₂hàm lượng trong môi trường hệ thống rễ dưới 4mg/L sẽ có tác động tiêu cực đến sự phát triển của cây trồng.chữ O₂Hàm lượng trong môi trường rễ chủ yếu bị ảnh hưởng bởi việc tưới tiêu (lượng và tần suất tưới), cấu trúc chất nền, hàm lượng nước trong chất nền, nhiệt độ nhà kính và chất nền, và các kiểu trồng khác nhau sẽ khác nhau.Tảo và vi sinh vật cũng có mối quan hệ nhất định với hàm lượng oxy trong môi trường rễ của cây trồng thủy canh.Tình trạng thiếu oxy không chỉ làm cây chậm phát triển mà còn làm tăng áp lực của mầm bệnh rễ (pythium, phytophthora, fusarium) lên sự phát triển của rễ.

Chiến lược tưới tiêu có ảnh hưởng đáng kể đến O₂hàm lượng trong chất nền, và đó cũng là một cách dễ kiểm soát hơn trong quá trình trồng trọt.Một số nghiên cứu trồng hoa hồng đã phát hiện ra rằng việc tăng dần hàm lượng nước trong giá thể (vào buổi sáng) có thể giúp hoa hồng có được trạng thái oxy tốt hơn.Trong giá thể có khả năng giữ nước thấp, giá thể có thể duy trì hàm lượng oxy cao, đồng thời cần tránh sự chênh lệch hàm lượng nước giữa các giá thể thông qua tần suất tưới cao hơn và khoảng cách ngắn hơn.Khả năng giữ nước của các chất nền càng thấp thì sự khác biệt giữa các chất nền càng lớn.Chất nền ẩm, tần suất tưới thấp hơn và khoảng thời gian dài hơn đảm bảo thay thế không khí nhiều hơn và điều kiện oxy thuận lợi.

Sự thoát nước của chất nền là một yếu tố khác có ảnh hưởng lớn đến tốc độ tái tạo và gradient nồng độ oxy trong chất nền, tùy thuộc vào loại và khả năng giữ nước của chất nền.Chất lỏng tưới không được đọng lại dưới đáy giá thể quá lâu mà phải nhanh chóng xả ra để nước tưới giàu oxy tươi có thể chạm lại đáy giá thể.Tốc độ thoát nước có thể bị ảnh hưởng bởi một số biện pháp tương đối đơn giản, chẳng hạn như độ dốc của chất nền theo hướng dọc và chiều rộng.Độ dốc càng lớn, tốc độ thoát nước càng nhanh.Các chất nền khác nhau có các lỗ khác nhau và số lượng cửa ra cũng khác nhau.

KẾT THÚC

[thông tin trích dẫn]

Tạ Viễn Bồi.Ảnh hưởng của hàm lượng oxy môi trường trong rễ cây trồng trong nhà kính đối với sự tăng trưởng của cây trồng [J].Công nghệ Kỹ thuật Nông nghiệp, 2022,42(31):21-24.