温室园艺技术的农业工程技术于2023年1月13日在北京出版。

大多数营养元素的吸收是与植物根的代谢活性密切相关的过程。这些过程需要通过根细胞呼吸产生的能量，并且吸水也受温度和呼吸的调节，呼吸需要氧气的参与，因此氧气在根环境中对农作物的正常生长具有至关重要的影响。水中溶解的氧含量受温度和盐度的影响，底物的结构决定了根环境中的空气含量。灌溉在具有不同水含量状态的底物的氧气含量的更新和补充方面存在很大差异。有许多因素可以优化根环境中的氧含量，但是每个因素的影响程度却大不相同。保持合理的底物水持有能力（空气含量）是在根环境中保持高氧含量的前提。

温度和盐度对溶液中饱和氧含量的影响

溶解在水中的氧气含量

将溶解的氧气溶解在水中或游离氧中，水中溶解的氧的含量将在一定温度（即饱和氧含量）下达到最大值。水中的饱和氧含量随温度而变化，当温度升高时，氧含量会降低。透明水的饱和氧含量高于含盐海水的氧气含量（图1），因此具有不同浓度的营养溶液的饱和氧含量将有所不同。

基质中的氧气运输

温室作物根可以从营养溶液中获得的氧气必须处于自由状态，并且通过空气，水和水周围的水和水在基板中运输氧气。当它与给定温度下的空气中的氧含量保持平衡时，溶解在水中的氧气达到最大值，空气中的氧气含量的变化将导致水中氧含量的比例变化。

缺氧压力在根环境中对农作物的影响

根缺氧的原因

夏季，水培和底物培养系统中缺氧的风险更高的原因有很多。首先，随着温度的升高，水中的饱和氧含量将减少。其次，维持根生长所需的氧气随温度的升高而增加。此外，夏季，营养吸收的量较高，因此氧气对养分吸收的需求更高。它导致根环境中氧含量的降低和缺乏有效补充，从而导致根环境中缺氧。

吸收和生长

最重要的营养的吸收取决于与根代谢密切相关的过程，这些过程需要由根细胞呼吸产生的能量，即在氧气存在下光合产物的分解。研究表明，番茄植物总同化的10％约20％用于根部，其中50％用于营养离子吸收，40％用于生长，仅用于维持10％。根必须在释放CO的直接环境中找到氧气₂。在底物和水培中通风不良引起的厌氧条件下，缺氧会影响水和养分的吸收。缺氧对营养的积极吸收有快速反应，即硝酸盐（无₃^-），钾（K）和磷酸盐（PO）₄^3-），这将干扰钙（CA）和镁（Mg）的被动吸收。

植物根生长需要能量，正常根活动需要最低的氧气浓度，而低于COP的氧浓度成为限制根细胞代谢的因素（缺氧）。当氧含量水平较低时，生长会减慢甚至停止。如果部分根部缺氧仅影响分支和叶子，则根系可以通过增加局部吸收来补偿根系不再活跃的根系。

植物代谢机制取决于氧作为电子受体。没有氧气，ATP的产生将停止。如果没有ATP，质子从根部停止，根细胞的细胞将变成酸性，这些细胞将在几个小时内死亡。临时和短期缺氧不会引起植物中不可逆的营养应激。由于具有“硝酸盐呼吸”机制，因此在根缺氧期间应对缺氧作为另一种方式可能是一种短期适应。但是，长期缺氧将导致生长缓慢，叶片面积减少并减少新鲜和干重，这将导致作物产量的显着下降。

乙烯

植物将在很大的压力下形成乙烯原位。通常，通过扩散到土壤空气中，将乙烯从根中取出。当出现水池时，乙烯的形成不仅会增加，而且扩散将大大减少，因为根部被水包围。乙烯浓度的增加将导致根部的曝气组织形成（图2）。乙烯也会引起叶片衰老，乙烯和生长素之间的相互作用会增加不定根的形成。

氧应激导致叶片生长降低

ABA以根和叶子的形式产生，以应对各种环境应力。在根环境中，对应力的典型反应是气孔闭合，涉及ABA的形成。在关闭气孔之前，植物的顶部会失去肿胀的压力，顶部叶片枯萎，光合效率也可能会降低。许多研究表明，气孔通过闭合（即，通过释放细胞内ABA）的闭合（即非叶片中的ABA总含量）对ABA浓度的升高做出了反应，植物可以很快增加凋亡ABA的浓度。当植物处于环境压力下时，它们会开始在细胞中释放ABA，并且可以在几分钟而不是数小时内传输根释放信号。叶片组织中ABA的增加可能会减少细胞壁的伸长，并导致叶片伸长的减少。缺氧的另一个作用是缩短了叶子的寿命，这将影响所有叶子。缺氧通常导致细胞分裂素和硝酸盐转运的减少。缺乏氮或细胞分裂素会缩短叶片面积的维护时间，并在几天内停止分支和叶子的生长。

优化农作物根系的氧气环境

底物的特征对于水和氧的分布是决定性的。温室蔬菜根环境中的氧气浓度主要与底物，灌溉（尺寸和频率），底物结构和底物条温度的水容量有关。只有当根环境中的氧含量至少超过10％（4〜5mg/L）时，根活动才能保持在最佳状态。

农作物的根系对于植物生长和抗植物疾病的耐药性非常重要。水和养分将根据植物的需求吸收。但是，根环境中的氧气水平在很大程度上决定了营养和水的吸收效率以及根系的质量。根系环境中足够的氧气水平可以确保根系的健康，从而使植物对致病性微生物具有更好的抵抗力（图3）。底物中足够的氧气水平还可以最大程度地减少厌氧条件的风险，从而最大程度地减少了病原微生物的风险。

根环境中的氧气消耗

农作物的最大消耗量可以高达40mg/m2/h（消费取决于农作物）。根据温度，灌溉水可能含有高达7〜8mg/L的氧气（图4）。要达到40毫克，必须每小时给出5升水以满足氧气需求，但实际上，可能无法达到一天的灌溉量。这意味着灌溉提供的氧气仅起着很小的作用。大多数氧气供应通过基质中的毛孔到达根部区域，根据一天中的时间，氧气供应通过毛孔的贡献高达90％。当植物的蒸发达到最大值时，灌溉量也达到最大值，相当于1〜1.5L/m2/h。如果灌溉水含有7mg/L的氧气，则将为根部区域提供7〜11mg/m2/h的氧气。这相当于需求的17％〜25％。当然，这仅适用于以下情况：底物中的耗氧灌溉水被新鲜的灌溉水代替。

除根的消耗外，根环境中的微生物还消耗氧气。很难量化这一点，因为在这方面没有进行测量。由于每年更换新的底物，因此可以假设微生物在氧气消耗中起着相对较小的作用。

优化根部的环境温度

根系的环境温度对于根系的正常生长和功能非常重要，它也是影响根系吸收水和养分的重要因素。

太低的底物温度（根温度）可能会导致吸水困难。在5℃时，吸收比20℃时低70％〜80％。如果低底物温度伴随着高温，它将导致植物枯萎。离子吸收显然取决于温度，该温度抑制了低温下的离子吸收，而不同养分元素对温度的敏感性也不同。

太高的底物温度也没有用，并且可能导致根系太大。换句话说，植物中干物质的分布不平衡。由于根系太大，因此将通过呼吸发生不必要的损失，而损失的能量的这一部分可能已用于植物的收获部分。在较高的底物温度下，溶解的氧含量较低，对根环境中的氧含量的影响要比微生物消耗的氧更大。根系会消耗大量氧气，甚至导致底物或土壤结构较差的情况下导致缺氧，从而减少了水和离子的吸收。

保持矩阵的合理水位容量。

水含量与基质中氧的百分比之间存在负相关。当水含量增加时，氧含量会减少，反之亦然。在基质中，水含量和氧气之间存在关键范围，即80％〜85％的水含量（图5）。长期维持水含量超过85％的底物将影响氧气供应。大多数氧气供应（75％〜90％）是通过基质中的毛孔。

补充基质中氧含量的灌溉

更多的阳光会导致较高的氧气消耗和根部较低的氧气浓度（图6），并且更多的糖会在夜间使氧气消耗更高。蒸腾性很强，吸水量很大，并且底物中有更多的空气和更多的氧气。从图7的左侧可以看出，在灌溉后灌溉后底物中的氧含量将略有增加，条件是基板的水持有能力很高，空气含量非常低。如图所示。 7，在相对更好的照明条件下，由于吸收更多（相同的灌溉时间），底物中的空气含量增加。灌溉对底物中氧含量的相对影响远低于基材中的水容量（空气含量）。

讨论

在实际生产中，很容易忽略作物根环境中氧气（空气）的含量，但这是确保作物正常生长和根源健康发展的重要因素。

为了在作物生产过程中获得最大产量，在最佳状态下保护根系环境非常重要。研究表明O₂4mg/L以下的根系环境中的内容将对作物生长产生负面影响。 o₂根环境中的含量主要受灌溉（灌溉量和频率），底物结构，底物水含量，温室和底物温度的影响，不同的种植模式将有所不同。藻类和微生物在水培作物的根环境中与氧含量也有一定的关系。缺氧不仅引起植物的缓慢发育，而且还增加了根部病原体（pythium，phytophthora，fusarium）对根生长的压力。

灌溉策略对O的O具有重大影响₂底物中的内容，这也是种植过程中更可控制的方法。一些玫瑰植物研究发现，（早晨）逐渐增加底物中的水含量可以获得更好的氧气状态。在较低的水容量的基材中，底物可以维持高氧含量，同时，有必要通过较高的灌溉频率和较短的间隔避免底物之间的水含量差。底物的水持有能力越低，基板之间的差异越大。潮湿的底物，较低的灌溉频率和更长的间隔可确保更多的空气替换和有利的氧气状况。

底物的排水是另一个对基板的更新速率和氧浓度梯度产生很大影响的因素，具体取决于基板的类型和水位容量。灌溉液体不应在底物的底部停留太长时间，但应迅速放电，以便富含氧气的灌溉水可以再次到达基板的底部。排水速度可以受到一些相对简单的措施的影响，例如纵向和宽度方向的基板梯度。梯度越大，排水速度越快。不同的基板有不同的空缺，并且出口的数量也不同。

结尾

[引用信息]

Xie Yuanpei。环境氧含量在温室作物根中对作物生长的影响[J]。农业工程技术，2022,42（31）：21-24。