ग्रीनहाऊस गार्डनिंगचे कृषी अभियांत्रिकी तंत्रज्ञान 13 जानेवारी 2023 रोजी बीजिंगमध्ये 17:30 वाजता प्रकाशित झाले.

बहुतेक पोषक घटकांचे शोषण ही प्रक्रिया वनस्पतींच्या मुळांच्या चयापचय क्रियांशी जवळून संबंधित आहे.या प्रक्रियांना मूळ पेशींच्या श्वासोच्छवासाद्वारे निर्माण होणारी उर्जा आवश्यक असते आणि पाण्याचे शोषण तापमान आणि श्वासोच्छवासाद्वारे देखील नियंत्रित केले जाते आणि श्वासोच्छवासासाठी ऑक्सिजनचा सहभाग आवश्यक असतो, म्हणून मूळ वातावरणातील ऑक्सिजनचा पिकांच्या सामान्य वाढीवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव पडतो.पाण्यात विरघळलेल्या ऑक्सिजनचे प्रमाण तापमान आणि खारटपणामुळे प्रभावित होते आणि सब्सट्रेटची रचना मुळांच्या वातावरणातील हवेचे प्रमाण ठरवते.जलसामुग्रीच्या वेगवेगळ्या अवस्थेसह सब्सट्रेट्समध्ये ऑक्सिजन सामग्रीचे नूतनीकरण आणि पूरकता यांमध्ये सिंचनामध्ये मोठा फरक आहे.रूट वातावरणातील ऑक्सिजन सामग्री अनुकूल करण्यासाठी अनेक घटक आहेत, परंतु प्रत्येक घटकाचा प्रभाव भिन्न आहे.वाजवी सब्सट्रेट वॉटर धारण क्षमता (हवेचे प्रमाण) राखणे हा मुळांच्या वातावरणात उच्च ऑक्सिजन सामग्री राखण्याचा आधार आहे.

द्रावणातील संतृप्त ऑक्सिजन सामग्रीवर तापमान आणि खारटपणाचे परिणाम

पाण्यात विरघळलेल्या ऑक्सिजनचे प्रमाण

पाण्यात विरघळलेला ऑक्सिजन अनबाउंड किंवा मुक्त ऑक्सिजनमध्ये विरघळला जातो आणि पाण्यात विरघळलेल्या ऑक्सिजनची सामग्री एका विशिष्ट तापमानाला जास्तीत जास्त पोहोचते, जे संतृप्त ऑक्सिजनचे प्रमाण असते.पाण्यातील संतृप्त ऑक्सिजनचे प्रमाण तापमानानुसार बदलते आणि जेव्हा तापमान वाढते तेव्हा ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी होते.स्वच्छ पाण्यातील संतृप्त ऑक्सिजनचे प्रमाण मीठयुक्त समुद्राच्या पाण्यापेक्षा जास्त असते (आकृती 1), त्यामुळे विविध सांद्रता असलेल्या पोषक द्रावणातील संतृप्त ऑक्सिजनचे प्रमाण भिन्न असेल.

मॅट्रिक्समध्ये ऑक्सिजनची वाहतूक

हरितगृह पिकांच्या मुळांना पोषक द्रावणातून मिळू शकणारा ऑक्सिजन मुक्त अवस्थेत असणे आवश्यक आहे आणि ऑक्सिजन हवा आणि पाणी आणि मुळांभोवती असलेल्या पाण्याद्वारे सब्सट्रेटमध्ये वाहून नेले जाते.दिलेल्या तपमानावर हवेतील ऑक्सिजनचे प्रमाण समतोल असताना, पाण्यात विरघळलेला ऑक्सिजन जास्तीतजास्त पोहोचतो आणि हवेतील ऑक्सिजनच्या प्रमाणातील बदलामुळे पाण्यातील ऑक्सिजन सामग्रीचे प्रमाण बदलते.

पिकांवर मुळांच्या वातावरणातील हायपोक्सिया तणावाचे परिणाम

रूट हायपोक्सियाची कारणे

उन्हाळ्यात हायड्रोपोनिक्स आणि सब्सट्रेट लागवड प्रणालींमध्ये हायपोक्सियाचा धोका अधिक असण्याची अनेक कारणे आहेत.सर्व प्रथम, तापमान वाढल्याने पाण्यातील संतृप्त ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी होईल.दुसरे म्हणजे, मुळांची वाढ टिकवून ठेवण्यासाठी लागणारा ऑक्सिजन तापमान वाढीबरोबर वाढतो.शिवाय, उन्हाळ्यात पोषक द्रव्ये शोषण्याचे प्रमाण जास्त असते, त्यामुळे पोषक शोषणासाठी ऑक्सिजनची मागणी जास्त असते.यामुळे मुळांच्या वातावरणात ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी होते आणि परिणामकारक पूरक आहाराचा अभाव होतो, ज्यामुळे मुळांच्या वातावरणात हायपोक्सिया होतो.

शोषण आणि वाढ

बहुतेक आवश्यक पोषक तत्वांचे शोषण रूट चयापचयशी जवळून संबंधित प्रक्रियांवर अवलंबून असते, ज्यासाठी रूट सेल श्वासोच्छवासाद्वारे निर्माण होणारी उर्जा आवश्यक असते, म्हणजेच ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत प्रकाशसंश्लेषण उत्पादनांचे विघटन.अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की टोमॅटोच्या एकूण वनस्पतींपैकी 10% ~ 20% मुळांमध्ये वापरल्या जातात, त्यापैकी 50% पोषक आयन शोषणासाठी, 40% वाढीसाठी आणि फक्त 10% देखभालीसाठी वापरतात.मुळांना थेट वातावरणात ऑक्सिजन सापडला पाहिजे जिथे ते CO सोडतात₂.सब्सट्रेट्स आणि हायड्रोपोनिक्समध्ये खराब वायुवीजनामुळे उद्भवलेल्या ऍनेरोबिक परिस्थितीत, हायपोक्सिया पाणी आणि पोषक तत्वांच्या शोषणावर परिणाम करेल.नायट्रेट (NO₃^-), पोटॅशियम (K) आणि फॉस्फेट (PO₄^3-), जे कॅल्शियम (Ca) आणि मॅग्नेशियम (Mg) च्या निष्क्रिय शोषणात व्यत्यय आणेल.

वनस्पतींच्या मुळांच्या वाढीसाठी ऊर्जेची गरज असते, सामान्य मुळांच्या क्रियाकलापांना सर्वात कमी ऑक्सिजन एकाग्रतेची आवश्यकता असते आणि COP मूल्यापेक्षा कमी ऑक्सिजन एकाग्रता रूट सेल चयापचय (हायपोक्सिया) मर्यादित करणारा घटक बनते.जेव्हा ऑक्सिजन सामग्रीची पातळी कमी होते, तेव्हा वाढ मंदावते किंवा थांबते.जर आंशिक रूट हायपोक्सिया केवळ फांद्या आणि पानांवर परिणाम करत असेल, तर मूळ प्रणाली स्थानिक शोषण वाढवून काही कारणास्तव सक्रिय नसलेल्या मूळ प्रणालीच्या भागाची भरपाई करू शकते.

वनस्पती चयापचय यंत्रणा इलेक्ट्रॉन स्वीकारणारा म्हणून ऑक्सिजनवर अवलंबून असते.ऑक्सिजनशिवाय, एटीपी उत्पादन थांबेल.ATP शिवाय, मुळांमधून प्रोटॉनचा बहिर्वाह थांबेल, मुळांच्या पेशींचा रस अम्लीय होईल आणि या पेशी काही तासांत मरतील.तात्पुरते आणि अल्पकालीन हायपोक्सियामुळे वनस्पतींमध्ये अपरिवर्तनीय पोषण तणाव निर्माण होणार नाही."नायट्रेट श्वसन" यंत्रणेमुळे, रूट हायपोक्सिया दरम्यान पर्यायी मार्ग म्हणून हायपोक्सियाचा सामना करण्यासाठी हे अल्पकालीन अनुकूलन असू शकते.तथापि, दीर्घकालीन हायपोक्सियामुळे मंद वाढ होईल, पानांचे क्षेत्र कमी होईल आणि ताजे आणि कोरडे वजन कमी होईल, ज्यामुळे पीक उत्पादनात लक्षणीय घट होईल.

इथिलीन

खूप तणावाखाली झाडे इथिलीन तयार करतात.सामान्यतः इथिलीन मातीच्या हवेत मिसळून मुळांपासून काढून टाकले जाते.जेव्हा पाणी साचते तेव्हा इथिलीनची निर्मिती तर वाढतेच, पण मुळे पाण्याने वेढलेली असल्यामुळे त्याचा प्रसारही मोठ्या प्रमाणात कमी होतो.इथिलीनच्या एकाग्रतेच्या वाढीमुळे मुळांमध्ये वायुवीजन ऊतक तयार होईल (आकृती 2).इथिलीनमुळे पानांची वृद्धी देखील होऊ शकते आणि इथिलीन आणि ऑक्सीन यांच्यातील परस्परसंवादामुळे आकस्मिक मुळांची निर्मिती वाढेल.

ऑक्सिजनच्या ताणामुळे पानांची वाढ कमी होते

विविध पर्यावरणीय ताणांना तोंड देण्यासाठी एबीए मुळे आणि पानांमध्ये तयार होते.मूळ वातावरणात, ताणाचा विशिष्ट प्रतिसाद म्हणजे रंध्र बंद होणे, ज्यामध्ये एबीएची निर्मिती समाविष्ट असते.रंध्र बंद होण्याआधी, झाडाच्या वरच्या भागावरील सूज कमी होते, वरची पाने कोमेजतात आणि प्रकाशसंश्लेषणाची कार्यक्षमता देखील कमी होऊ शकते.बर्‍याच अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की रंध्र बंद होऊन एपोप्लास्टमधील ABA एकाग्रतेच्या वाढीस प्रतिसाद देते, म्हणजेच इंट्रासेल्युलर एबीए सोडून नॉन-पानांमधील एकूण ABA सामग्री, वनस्पती ऍपोप्लास्ट ABA ची एकाग्रता फार लवकर वाढवू शकतात.जेव्हा झाडे पर्यावरणीय तणावाखाली असतात, तेव्हा ते पेशींमध्ये ABA सोडू लागतात आणि रूट रिलीझ सिग्नल तासांऐवजी मिनिटांत प्रसारित केला जाऊ शकतो.पानांच्या ऊतींमधील ABA वाढल्याने कोशिकाभिंतीचा विस्तार कमी होऊ शकतो आणि पानांची वाढ कमी होऊ शकते.हायपोक्सियाचा आणखी एक परिणाम म्हणजे पानांचे आयुष्य कमी होते, ज्यामुळे सर्व पानांवर परिणाम होतो.हायपोक्सियामुळे सायटोकिनिन आणि नायट्रेट वाहतूक कमी होते.नायट्रोजन किंवा सायटोकिनिनच्या कमतरतेमुळे पानांच्या क्षेत्राची देखभाल करण्याची वेळ कमी होते आणि काही दिवसात फांद्या आणि पानांची वाढ थांबते.

पीक रूट सिस्टमचे ऑक्सिजन वातावरण अनुकूल करणे

पाणी आणि ऑक्सिजनच्या वितरणासाठी सब्सट्रेटची वैशिष्ट्ये निर्णायक आहेत.हरितगृह भाजीपाल्यांच्या मुळांच्या वातावरणातील ऑक्सिजनचे प्रमाण प्रामुख्याने सब्सट्रेटची पाणी धारण क्षमता, सिंचन (आकार आणि वारंवारता), सब्सट्रेटची रचना आणि सब्सट्रेट स्ट्रिप तापमानाशी संबंधित आहे.मूळ वातावरणात ऑक्सिजनचे प्रमाण किमान १०% (4~5mg/L) पेक्षा जास्त असेल तेव्हाच मुळांची क्रिया उत्तम स्थितीत राखली जाऊ शकते.

वनस्पतींच्या वाढीसाठी आणि रोग प्रतिकारशक्तीसाठी पिकांची मूळ प्रणाली अत्यंत महत्त्वाची आहे.वनस्पतींच्या गरजेनुसार पाणी आणि पोषक तत्वे शोषली जातील.तथापि, मूळ वातावरणातील ऑक्सिजनची पातळी मुख्यत्वे पोषक आणि पाणी शोषण्याची क्षमता आणि रूट सिस्टमची गुणवत्ता निर्धारित करते.रूट सिस्टमच्या वातावरणात पुरेशी ऑक्सिजन पातळी रूट सिस्टमचे आरोग्य सुनिश्चित करू शकते, ज्यामुळे वनस्पतींमध्ये रोगजनक सूक्ष्मजीवांना चांगला प्रतिकार होतो (आकृती 3).सब्सट्रेटमध्ये पुरेसा ऑक्सिजन पातळी देखील अॅनारोबिक परिस्थितीचा धोका कमी करते, त्यामुळे रोगजनक सूक्ष्मजीवांचा धोका कमी होतो.

मूळ वातावरणात ऑक्सिजनचा वापर

पिकांचा जास्तीत जास्त ऑक्सिजनचा वापर 40mg/m2/h इतका जास्त असू शकतो (उपभोग पिकांवर अवलंबून असतो).तपमानावर अवलंबून, सिंचनाच्या पाण्यात 7~8mg/L ऑक्सिजन असू शकतो (आकृती 4).40 mg पर्यंत पोहोचण्यासाठी, ऑक्सिजनची मागणी पूर्ण करण्यासाठी दर तासाला 5L पाणी दिले जाणे आवश्यक आहे, परंतु खरं तर, एका दिवसात सिंचनाची रक्कम पोहोचू शकत नाही.याचा अर्थ सिंचनाद्वारे प्रदान केलेला ऑक्सिजन केवळ एक छोटी भूमिका बजावते.बहुतेक ऑक्सिजन पुरवठा मॅट्रिक्समधील छिद्रांद्वारे रूट झोनपर्यंत पोहोचतो आणि दिवसाच्या वेळेनुसार छिद्रांद्वारे ऑक्सिजन पुरवठ्याचे योगदान 90% इतके जास्त असते.जेव्हा वनस्पतींचे बाष्पीभवन जास्तीत जास्त पोहोचते, तेव्हा सिंचनाची रक्कम देखील जास्तीत जास्त पोहोचते, जी 1~1.5L/m2/h च्या समतुल्य असते.जर सिंचनाच्या पाण्यात 7mg/L ऑक्सिजन असेल तर ते रूट झोनसाठी 7~11mg/m2/h ऑक्सिजन प्रदान करेल.हे मागणीच्या 17% ~ 25% च्या समतुल्य आहे.अर्थात, हे केवळ अशा परिस्थितीवर लागू होते की सब्सट्रेटमधील ऑक्सिजन-गरीब सिंचन पाणी ताजे सिंचन पाण्याने बदलले जाते.

मुळांच्या वापराव्यतिरिक्त, मूळ वातावरणातील सूक्ष्मजीव देखील ऑक्सिजन घेतात.हे मोजणे कठीण आहे कारण या संदर्भात कोणतेही मोजमाप केले गेले नाही.दरवर्षी नवीन सब्सट्रेट्स बदलले जात असल्याने, असे मानले जाऊ शकते की ऑक्सिजनच्या वापरामध्ये सूक्ष्मजीव तुलनेने लहान भूमिका बजावतात.

मुळांचे पर्यावरणीय तापमान अनुकूल करा

रूट सिस्टमच्या सामान्य वाढीसाठी आणि कार्यासाठी रूट सिस्टमचे पर्यावरणीय तापमान खूप महत्वाचे आहे आणि रूट सिस्टमद्वारे पाणी आणि पोषक द्रव्यांचे शोषण प्रभावित करणारा हा एक महत्त्वाचा घटक आहे.

खूप कमी सब्सट्रेट तापमान (मूळाचे तापमान) पाणी शोषण्यात अडचण निर्माण करू शकते.5 ℃ वर, शोषण 20 ℃ पेक्षा 70% ~ 80% कमी आहे.उच्च तापमानासह कमी सब्सट्रेट तापमान असल्यास, यामुळे झाडे कोमेजतात.आयन शोषण हे स्पष्टपणे तापमानावर अवलंबून असते, जे कमी तापमानात आयन शोषण रोखते आणि तपमानासाठी विविध पोषक घटकांची संवेदनशीलता भिन्न असते.

खूप जास्त सब्सट्रेट तापमान देखील निरुपयोगी आहे, आणि खूप मोठ्या रूट सिस्टम होऊ शकते.दुसऱ्या शब्दांत, वनस्पतींमध्ये कोरड्या पदार्थांचे असंतुलित वितरण आहे.मूळ प्रणाली खूप मोठी असल्याने, श्वासोच्छवासाद्वारे अनावश्यक नुकसान होईल आणि गमावलेल्या ऊर्जेचा हा भाग वनस्पतीच्या कापणीच्या भागासाठी वापरला जाऊ शकतो.उच्च सब्सट्रेट तापमानात, विरघळलेल्या ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी असते, जे सूक्ष्मजीवांद्वारे वापरल्या जाणार्‍या ऑक्सिजनपेक्षा मूळ वातावरणातील ऑक्सिजन सामग्रीवर जास्त परिणाम करते.रूट सिस्टम भरपूर ऑक्सिजन वापरते आणि खराब सब्सट्रेट किंवा मातीच्या संरचनेच्या बाबतीत हायपोक्सिया देखील करते, त्यामुळे पाणी आणि आयनांचे शोषण कमी होते.

मॅट्रिक्सची वाजवी पाणी धारण क्षमता ठेवा.

मॅट्रिक्समधील पाण्याचे प्रमाण आणि ऑक्सिजनची टक्केवारी यांच्यात नकारात्मक संबंध आहे.जेव्हा पाण्याचे प्रमाण वाढते तेव्हा ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी होते आणि त्याउलट.मॅट्रिक्समध्ये पाण्याचे प्रमाण आणि ऑक्सिजन यांच्यामध्ये एक गंभीर श्रेणी आहे, म्हणजेच 80% ~ 85% पाण्याचे प्रमाण (आकृती 5).सब्सट्रेटमध्ये 85% पेक्षा जास्त पाण्याचे प्रमाण दीर्घकालीन देखभाल केल्यास ऑक्सिजन पुरवठ्यावर परिणाम होईल.बहुतेक ऑक्सिजन पुरवठा (75% ~ 90%) मॅट्रिक्समधील छिद्रांमधून होतो.

सब्सट्रेटमध्ये ऑक्सिजन सामग्रीसाठी सिंचन पूरक

जास्त सूर्यप्रकाशामुळे ऑक्सिजनचा जास्त वापर होईल आणि मुळांमध्ये ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी होईल (चित्र 6), आणि जास्त साखर रात्री ऑक्सिजनचा वापर वाढवेल.बाष्पोत्सर्जन मजबूत आहे, पाण्याचे शोषण मोठे आहे आणि सब्सट्रेटमध्ये अधिक हवा आणि अधिक ऑक्सिजन आहे.आकृती 7 च्या डावीकडून हे पाहिले जाऊ शकते की सब्सट्रेटमधील ऑक्सिजनचे प्रमाण सिंचनानंतर किंचित वाढेल अशा स्थितीत की सब्सट्रेटची पाणी धरून ठेवण्याची क्षमता जास्त आहे आणि हवेचे प्रमाण खूप कमी आहे.अंजीरच्या उजवीकडे दर्शविल्याप्रमाणे.7, तुलनेने चांगल्या प्रकाशाच्या स्थितीत, अधिक पाणी शोषल्यामुळे (सिंचनाच्या समान वेळा) सब्सट्रेटमधील हवेचे प्रमाण वाढते.सब्सट्रेटमधील ऑक्सिजन सामग्रीवर सिंचनाचा सापेक्ष प्रभाव सब्सट्रेटमधील पाणी धारण क्षमतेपेक्षा (हवा सामग्री) खूपच कमी आहे.

चर्चा करा

वास्तविक उत्पादनामध्ये, पिकांच्या मुळांच्या वातावरणातील ऑक्सिजन (हवा) च्या सामग्रीकडे सहज दुर्लक्ष केले जाते, परंतु पिकांची सामान्य वाढ आणि मुळांचा निरोगी विकास सुनिश्चित करण्यासाठी हा एक महत्त्वाचा घटक आहे.

पीक उत्पादनादरम्यान जास्तीत जास्त उत्पादन मिळविण्यासाठी, शक्य तितक्या चांगल्या स्थितीत मुळांच्या वातावरणाचे संरक्षण करणे फार महत्वाचे आहे.अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की ओ₂मुळांच्या वातावरणातील 4mg/L पेक्षा कमी सामग्रीचा पीक वाढीवर नकारात्मक परिणाम होतो.ओ₂मूळ वातावरणातील सामग्री प्रामुख्याने सिंचन (सिंचन रक्कम आणि वारंवारता), सब्सट्रेट संरचना, सब्सट्रेट पाण्याचे प्रमाण, हरितगृह आणि सब्सट्रेट तापमान, आणि विविध लागवड पद्धती भिन्न असतील.हायड्रोपोनिक पिकांच्या मुळांच्या वातावरणातील ऑक्सिजन सामग्रीशी एकपेशीय वनस्पती आणि सूक्ष्मजीवांचा देखील विशिष्ट संबंध असतो.हायपोक्सियामुळे केवळ वनस्पतींचा विकास मंद होत नाही, तर मुळांच्या वाढीवर मूळ रोगजनकांचा (पायथियम, फायटोफथोरा, फ्युसेरियम) दबाव देखील वाढतो.

ओ वर सिंचन धोरणाचा लक्षणीय प्रभाव आहे₂सब्सट्रेटमधील सामग्री, आणि लागवड प्रक्रियेत हा एक अधिक नियंत्रित मार्ग आहे.गुलाब लागवडीच्या काही अभ्यासात असे आढळून आले आहे की थरातील पाण्याचे प्रमाण हळूहळू वाढवल्याने (सकाळी) चांगली ऑक्सिजन स्थिती मिळू शकते.कमी पाणी धारण क्षमता असलेल्या सब्सट्रेटमध्ये, सब्सट्रेट उच्च ऑक्सिजन सामग्री राखू शकतो आणि त्याच वेळी, उच्च सिंचन वारंवारता आणि कमी अंतराने सब्सट्रेटमधील पाण्याच्या सामग्रीतील फरक टाळणे आवश्यक आहे.सब्सट्रेट्सची पाणी धारण क्षमता जितकी कमी असेल तितका सब्सट्रेट्समधील फरक जास्त.ओलसर सब्सट्रेट, कमी सिंचन वारंवारता आणि दीर्घ अंतराल अधिक हवा बदलण्याची आणि अनुकूल ऑक्सिजन परिस्थिती सुनिश्चित करतात.

सब्सट्रेटचा निचरा हा आणखी एक घटक आहे ज्याचा नूतनीकरण दर आणि सब्सट्रेटमधील ऑक्सिजन एकाग्रता ग्रेडियंटवर मोठा प्रभाव पडतो, जो सब्सट्रेटच्या प्रकारावर आणि पाणी धारण क्षमतेवर अवलंबून असतो.सिंचन द्रव जास्त वेळ सब्सट्रेटच्या तळाशी राहू नये, परंतु त्वरीत विसर्जित केले पाहिजे जेणेकरून ताजे ऑक्सिजन-समृद्ध सिंचन पाणी पुन्हा सब्सट्रेटच्या तळाशी पोहोचू शकेल.ड्रेनेज गती काही तुलनेने सोप्या उपायांनी प्रभावित होऊ शकते, जसे की रेखांशाच्या आणि रुंदीच्या दिशानिर्देशांमधील सब्सट्रेटचा ग्रेडियंट.ग्रेडियंट जितका जास्त असेल तितका जलद ड्रेनेज वेग.वेगवेगळ्या सब्सट्रेट्समध्ये वेगवेगळे ओपनिंग असतात आणि आउटलेटची संख्या देखील वेगळी असते.

END

[उद्धरण माहिती]

Xie Yuanpei.हरितगृह पिकांच्या मुळांमधील पर्यावरणीय ऑक्सिजन सामग्रीचा पीक वाढीवर परिणाम होतो [J].कृषी अभियांत्रिकी तंत्रज्ञान, 2022,42(31):21-24.