Tecnología de ingeniería agrícola de jardinería en invernaderoPublicado en Beijing a las 17:30 del 13 de enero de 2023.

La absorción de la mayoría de los nutrientes es un proceso estrechamente relacionado con las actividades metabólicas de las raíces de las plantas. Estos procesos requieren energía generada por la respiración de las células radiculares, y la absorción de agua también está regulada por la temperatura y la respiración, y la respiración requiere la participación del oxígeno, por lo que el oxígeno en el entorno radicular tiene un impacto vital en el crecimiento normal de los cultivos. El contenido de oxígeno disuelto en el agua se ve afectado por la temperatura y la salinidad, y la estructura del sustrato determina el contenido de aire en el entorno radicular. El riego tiene grandes diferencias en la renovación y suplementación del contenido de oxígeno en sustratos con diferentes estados de contenido de agua. Hay muchos factores para optimizar el contenido de oxígeno en el entorno radicular, pero el grado de influencia de cada factor es bastante diferente. Mantener una capacidad razonable de retención de agua del sustrato (contenido de aire) es la premisa de mantener un alto contenido de oxígeno en el entorno radicular.

Efectos de la temperatura y la salinidad sobre el contenido de oxígeno saturado en solución

Contenido de oxígeno disuelto en el agua

El oxígeno disuelto se encuentra en el oxígeno libre o no ligado del agua, y su contenido máximo alcanza una temperatura determinada, la saturación de oxígeno. Esta saturación del agua varía con la temperatura, y al aumentar esta, disminuye. El contenido de oxígeno saturado del agua clara es mayor que el del agua de mar salada (Figura 1), por lo que el contenido de oxígeno saturado de las soluciones nutritivas con diferentes concentraciones será diferente.

Transporte de oxígeno en la matriz

El oxígeno que las raíces de los cultivos de invernadero pueden obtener de la solución nutritiva debe estar en estado libre, y el oxígeno se transporta en el sustrato a través del aire y el agua, así como del agua alrededor de las raíces. Cuando se encuentra en equilibrio con el contenido de oxígeno del aire a una temperatura dada, el oxígeno disuelto en el agua alcanza su máximo, y la variación del contenido de oxígeno en el aire provocará una variación proporcional del contenido de oxígeno en el agua.

Efectos del estrés por hipoxia en el entorno radicular de los cultivos

Causas de la hipoxia radicular

Existen varias razones por las que el riesgo de hipoxia en sistemas de cultivo hidropónico y en sustrato es mayor en verano. En primer lugar, el contenido de oxígeno saturado en el agua disminuye con el aumento de la temperatura. En segundo lugar, el oxígeno necesario para mantener el crecimiento radicular aumenta con el aumento de la temperatura. Además, la absorción de nutrientes es mayor en verano, por lo que la demanda de oxígeno para su absorción es mayor. Esto provoca una disminución del contenido de oxígeno en el entorno radicular y la falta de un suplemento eficaz, lo que provoca hipoxia en el entorno radicular.

Absorción y crecimiento

La absorción de la mayoría de los nutrientes esenciales depende de procesos estrechamente relacionados con el metabolismo radicular, que requieren la energía generada por la respiración radicular, es decir, la descomposición de los productos fotosintéticos en presencia de oxígeno. Estudios han demostrado que entre el 10 % y el 20 % del total de asimilados de las plantas de tomate se utiliza en las raíces: el 50 % se utiliza para la absorción de iones nutrientes, el 40 % para el crecimiento y solo el 10 % para el mantenimiento. Las raíces deben encontrar oxígeno en el entorno directo donde liberan CO.₂En condiciones anaeróbicas causadas por una ventilación deficiente en sustratos e hidroponía, la hipoxia afectará la absorción de agua y nutrientes. La hipoxia responde rápidamente a la absorción activa de nutrientes, en particular, nitrato (NO).₃^-), potasio (K) y fosfato (PO₄^3-), lo que interferirá con la absorción pasiva de calcio (Ca) y magnesio (Mg).

El crecimiento radicular de las plantas requiere energía, su actividad radicular normal requiere la menor concentración de oxígeno posible, y una concentración de oxígeno inferior al valor COP se convierte en un factor limitante del metabolismo radicular (hipoxia). Cuando el contenido de oxígeno es bajo, el crecimiento se ralentiza o incluso se detiene. Si la hipoxia radicular parcial solo afecta a las ramas y hojas, el sistema radicular puede compensar la parte que ya no está activa por alguna razón aumentando la absorción local.

El mecanismo metabólico de las plantas depende del oxígeno como aceptor de electrones. Sin oxígeno, la producción de ATP se detiene. Sin ATP, se detiene la salida de protones de las raíces, la savia de las células radiculares se acidifica y estas células mueren en pocas horas. La hipoxia temporal y de corta duración no causa estrés nutricional irreversible en las plantas. Debido al mecanismo de "respiración por nitratos", puede ser una adaptación a corto plazo para afrontar la hipoxia como alternativa durante la hipoxia radicular. Sin embargo, la hipoxia a largo plazo provoca un crecimiento lento, una disminución del área foliar y del peso fresco y seco, lo que a su vez reduce significativamente el rendimiento del cultivo.

Etileno

Las plantas producen etileno in situ bajo mucho estrés. Generalmente, el etileno se elimina de las raíces mediante difusión en el aire del suelo. Cuando se produce encharcamiento, la formación de etileno no solo aumenta, sino que también reduce considerablemente la difusión, ya que las raíces están rodeadas de agua. El aumento de la concentración de etileno conduce a la formación de tejido de aireación en las raíces (Figura 2). El etileno también puede causar senescencia foliar, y la interacción entre el etileno y la auxina aumenta la formación de raíces adventicias.

El estrés por oxígeno provoca una disminución del crecimiento de las hojas.

El ABA se produce en raíces y hojas para afrontar diversos tipos de estrés ambiental. En el entorno radicular, la respuesta típica al estrés es el cierre estomático, que implica la formación de ABA. Antes de que los estomas se cierren, la parte superior de la planta pierde presión de hinchamiento, las hojas superiores se marchitan y la eficiencia fotosintética también puede disminuir. Numerosos estudios han demostrado que los estomas responden al aumento de la concentración de ABA en el apoplasto cerrándose; es decir, el contenido total de ABA en las hojas no foliares libera ABA intracelular. Las plantas pueden aumentar la concentración de ABA en el apoplasto muy rápidamente. Cuando las plantas se encuentran bajo estrés ambiental, comienzan a liberar ABA en las células, y la señal de liberación radicular puede transmitirse en minutos en lugar de horas. El aumento de ABA en el tejido foliar puede reducir la elongación de la pared celular y, por lo tanto, la elongación de las hojas. Otro efecto de la hipoxia es la reducción de la vida de las hojas, lo que afecta a todas ellas. La hipoxia suele provocar una disminución del transporte de citoquininas y nitratos. La falta de nitrógeno o citoquinina acortará el tiempo de mantenimiento del área foliar y detendrá el crecimiento de ramas y hojas en unos pocos días.

Optimización del entorno de oxígeno del sistema radicular del cultivo

Las características del sustrato son decisivas para la distribución del agua y el oxígeno. La concentración de oxígeno en el entorno radicular de las hortalizas de invernadero depende principalmente de la capacidad de retención de agua del sustrato, el riego (cantidad y frecuencia), la estructura del sustrato y la temperatura de la franja de sustrato. Solo cuando el contenido de oxígeno en el entorno radicular es al menos superior al 10 % (4-5 mg/L), la actividad radicular se mantiene óptimamente.

El sistema radicular de los cultivos es fundamental para el crecimiento y la resistencia de las plantas a las enfermedades. El agua y los nutrientes se absorben según las necesidades de las plantas. Sin embargo, el nivel de oxígeno en el entorno radicular determina en gran medida la eficiencia de absorción de nutrientes y agua, así como la calidad del sistema radicular. Un nivel adecuado de oxígeno en el entorno radicular puede garantizar la salud del sistema radicular, lo que permite que las plantas tengan una mejor resistencia a los microorganismos patógenos (Figura 3). Un nivel adecuado de oxígeno en el sustrato también minimiza el riesgo de condiciones anaeróbicas, minimizando así el riesgo de microorganismos patógenos.

Consumo de oxígeno en el entorno radicular

El consumo máximo de oxígeno de los cultivos puede ser tan alto como 40mg/m2/h (el consumo depende de los cultivos). Dependiendo de la temperatura, el agua de riego puede contener hasta 7~8mg/L de oxígeno (Figura 4). Para alcanzar 40 mg, se deben administrar 5L de agua cada hora para satisfacer la demanda de oxígeno, pero de hecho, la cantidad de riego en un día puede no ser alcanzada. Esto significa que el oxígeno proporcionado por el riego juega solo un papel pequeño. La mayor parte del suministro de oxígeno llega a la zona de la raíz a través de los poros en la matriz, y la contribución del suministro de oxígeno a través de los poros es tan alta como 90%, dependiendo de la hora del día. Cuando la evaporación de las plantas alcanza el máximo, la cantidad de riego también alcanza el máximo, lo que equivale a 1~1.5L/m2/h. Si el agua de riego contiene 7mg/L de oxígeno, proporcionará 7~11mg/m2/h de oxígeno para la zona de la raíz. Esto equivale al 17%~25% de la demanda. Por supuesto, esto sólo se aplica a la situación en la que el agua de riego pobre en oxígeno en el sustrato se reemplaza por agua de riego fresca.

Además del consumo de las raíces, los microorganismos en el entorno radicular también consumen oxígeno. Es difícil cuantificarlo, ya que no se han realizado mediciones al respecto. Dado que los sustratos se reemplazan cada año, se puede asumir que los microorganismos desempeñan un papel relativamente pequeño en el consumo de oxígeno.

Optimizar la temperatura ambiental de las raíces

La temperatura ambiental del sistema radicular es muy importante para el crecimiento y funcionamiento normales del sistema radicular, y también es un factor importante que afecta la absorción de agua y nutrientes por parte del sistema radicular.

Una temperatura demasiado baja del sustrato (temperatura radicular) puede dificultar la absorción de agua. A 5 °C, la absorción es entre un 70 % y un 80 % menor que a 20 °C. Si la temperatura baja del sustrato se combina con una temperatura alta, la planta se marchitará. La absorción de iones depende, obviamente, de la temperatura, que la inhibe a baja temperatura, y la sensibilidad de los diferentes nutrientes a la temperatura varía.

Una temperatura del sustrato demasiado alta también es inútil y puede provocar un sistema radicular demasiado grande. En otras palabras, existe una distribución desequilibrada de la materia seca en las plantas. Debido a un sistema radicular demasiado grande, se producirán pérdidas innecesarias por respiración, y esta parte de la energía perdida podría haberse utilizado para la cosecha de la planta. A mayor temperatura del sustrato, el contenido de oxígeno disuelto es menor, lo que tiene un impacto mucho mayor en el contenido de oxígeno en el entorno radicular que el oxígeno consumido por los microorganismos. El sistema radicular consume mucho oxígeno e incluso provoca hipoxia en caso de una mala estructura del sustrato o del suelo, lo que reduce la absorción de agua e iones.

Mantener una capacidad razonable de retención de agua de la matriz.

Existe una correlación negativa entre el contenido de agua y el porcentaje de oxígeno en la matriz. Al aumentar el contenido de agua, disminuye el de oxígeno, y viceversa. Existe un rango crítico entre el contenido de agua y el de oxígeno en la matriz, es decir, entre el 80 % y el 85 % (Figura 5). Mantener un contenido de agua superior al 85 % en el sustrato a largo plazo afectará el suministro de oxígeno. La mayor parte del suministro de oxígeno (75 % a 90 %) se realiza a través de los poros de la matriz.

Complemento de riego al contenido de oxígeno en el sustrato

Más luz solar conducirá a un mayor consumo de oxígeno y una menor concentración de oxígeno en las raíces (Figura 6), y más azúcar hará que el consumo de oxígeno sea mayor por la noche. La transpiración es fuerte, la absorción de agua es grande y hay más aire y más oxígeno en el sustrato. Se puede ver desde la izquierda de la Figura 7 que el contenido de oxígeno en el sustrato aumentará ligeramente después del riego bajo la condición de que la capacidad de retención de agua del sustrato sea alta y el contenido de aire sea muy bajo. Como se muestra a la derecha de la fig. 7, bajo la condición de relativamente mejor iluminación, el contenido de aire en el sustrato aumenta debido a una mayor absorción de agua (mismos tiempos de riego). La influencia relativa del riego en el contenido de oxígeno en el sustrato es mucho menor que la capacidad de retención de agua (contenido de aire) en el sustrato.

Conversar

En la producción real, el contenido de oxígeno (aire) en el entorno de las raíces de los cultivos se pasa por alto fácilmente, pero es un factor importante para garantizar el crecimiento normal de los cultivos y el desarrollo saludable de las raíces.

Para obtener el máximo rendimiento durante la producción de cultivos, es fundamental proteger el entorno del sistema radicular en las mejores condiciones posibles. Estudios han demostrado que el O₂Un contenido de O en el entorno del sistema radicular inferior a 4 mg/L tendrá un impacto negativo en el crecimiento del cultivo.₂El contenido de oxígeno en el entorno radicular se ve influenciado principalmente por el riego (cantidad y frecuencia), la estructura del sustrato, el contenido de agua del sustrato y la temperatura del invernadero y del sustrato, y los diferentes patrones de plantación varían. Las algas y los microorganismos también guardan cierta relación con el contenido de oxígeno en el entorno radicular de los cultivos hidropónicos. La hipoxia no solo ralentiza el desarrollo de las plantas, sino que también aumenta la presión de los patógenos radiculares (Pythium, Phytophthora, Fusarium) sobre el crecimiento radicular.

La estrategia de riego tiene una influencia significativa en el O₂El contenido de agua en el sustrato es importante, lo que facilita el control del proceso de plantación. Algunos estudios sobre la plantación de rosas han demostrado que aumentar lentamente el contenido de agua en el sustrato (por la mañana) puede mejorar el estado de oxígeno. En sustratos con baja capacidad de retención de agua, este puede mantener un alto contenido de oxígeno, y al mismo tiempo, es necesario evitar la diferencia de contenido de agua entre sustratos mediante una mayor frecuencia de riego y un intervalo más corto. Cuanto menor sea la capacidad de retención de agua de los sustratos, mayor será la diferencia entre ellos. Un sustrato húmedo, una menor frecuencia de riego y un intervalo más largo garantizan una mayor renovación del aire y condiciones favorables de oxígeno.

El drenaje del sustrato es otro factor que influye considerablemente en la tasa de renovación y el gradiente de concentración de oxígeno, dependiendo del tipo y la capacidad de retención de agua del sustrato. El líquido de riego no debe permanecer en el fondo del sustrato durante demasiado tiempo, sino que debe descargarse rápidamente para que el agua de riego fresca y oxigenada pueda volver a llegar al fondo. La velocidad de drenaje se puede influir mediante medidas relativamente sencillas, como la pendiente del sustrato en sentido longitudinal y transversal. Cuanto mayor sea la pendiente, mayor será la velocidad de drenaje. Los diferentes sustratos tienen diferentes aberturas y el número de salidas también varía.

FIN

[información de cita]

Xie Yuanpei. Efectos del contenido de oxígeno ambiental en las raíces de cultivos de invernadero sobre el crecimiento de los cultivos [J]. Agricultural Engineering Technology, 2022, 42(31):21-24.