温室园艺农业工程技术北京时间2023年1月13日17:30发表。

大多数营养元素的吸收过程与植物根系的代谢活动密切相关。这些过程需要根系细胞呼吸产生能量，而吸水也受温度和呼吸作用的调节，而呼吸作用需要氧气的参与，因此根系环境中的氧气对作物的正常生长有着至关重要的影响。水中溶解氧含量受温度和盐度影响，基质结构决定根系环境含气量。灌溉对不同含水状态基质氧含量的更新和补充有很大差异。优化根系环境氧含量的因素很多，但各因素的影响程度差异较大。维持合理的基质持水量（含气量）是维持根系环境高氧含量的前提。

温度和盐度对溶液中饱和氧含量的影响

水中溶解氧含量

溶解氧是溶解在水中的游离氧或游离氧，在一定温度下水中溶解氧的含量会达到最大值，这就是饱和氧含量。水中的饱和氧含量随温度变化而变化，当温度升高时，氧含量降低。清水的饱和氧含量高于含盐海水（图1），因此不同浓度的营养液的饱和氧含量会有所不同。

氧气在基质中的运输

温室作物根系能从营养液中得到的氧气必须处于游离状态，氧气在基质中通过空气和水以及根部周围的水进行输送。在给定温度下，当它与空气中的氧含量达到平衡时，溶解在水中的氧达到最大值，空气中氧含量的变化会导致水中氧含量的比例变化。

根系环境缺氧胁迫对作物的影响

根系缺氧的原因

夏季水培和基质栽培系统缺氧风险较高的原因有几个。首先，水中的饱和氧含量会随着温度的升高而降低。其次，维持根系生长所需的氧气随着温度的升高而增加。此外，夏季养分吸收量较高，因此对养分吸收的氧气需求量较高。导致根系环境含氧量降低，得不到有效补充，导致根系环境缺氧。

吸收和生长

大多数必需养分的吸收依赖于与根系代谢密切相关的过程，这些过程需要根系细胞呼吸作用产生的能量，即在有氧条件下分解光合产物。研究表明，番茄植株总同化物的10%~20%用于根部，其中50%用于营养离子吸收，40%用于生长，仅10%用于维持。根必须在它们释放二氧化碳的直接环境中找到氧气_2个.在基质和水培通风不良造成的厌氧条件下，缺氧会影响水分和养分的吸收。缺氧对营养物质的主动吸收有快速反应，即硝酸盐（NO_3个^-)、钾 (K) 和磷酸盐 (PO_4个^3-), 会干扰钙 (Ca) 和镁 (Mg) 的被动吸收。

植物根系生长需要能量，正常的根系活动需要最低的氧浓度，COP值以下的氧浓度成为限制根细胞代谢（缺氧）的因素。当氧气含量低时，生长会减慢甚至停止。如果局部根系缺氧只影响枝叶，根系可以通过增加局部吸收来补偿因某种原因不再活跃的部分根系。

植物代谢机制依赖于氧作为电子受体。没有氧气，ATP 的生产就会停止。没有ATP，根部的质子流出就会停止，根部细胞的细胞液会变成酸性，这些细胞会在几个小时内死亡。暂时的、短期的缺氧不会对植物造成不可逆的营养胁迫。由于“硝酸盐呼吸”机制，可能是根系缺氧时应对缺氧的一种短期适应，作为一种替代方式。但长期缺氧会导致作物生长缓慢，叶面积减少，鲜重和干重下降，从而导致作物产量显着下降。

乙烯

植物会在很大的压力下原位形成乙烯。通常，乙烯通过扩散到土壤空气中而从根部去除。发生涝害时，乙烯的生成不仅会增加，而且由于根部被水包围，扩散也会大大减少。乙烯浓度的增加会导致根部形成通气组织（图2）。乙烯也会引起叶片衰老，乙烯与生长素的相互作用会增加不定根的形成。

氧气胁迫导致叶片生长减少

ABA 在根和叶中产生，以应对各种环境压力。在根部环境中，对胁迫的典型反应是气孔关闭，这涉及 ABA 的形成。在气孔关闭之前，植物顶部失去膨胀压力，顶部叶片枯萎，光合效率也可能降低。许多研究表明，气孔通过关闭响应质外体中ABA浓度的增加，即非叶中总ABA含量通过释放细胞内ABA，植物可以非常迅速地增加质外体ABA浓度。当植物处于环境胁迫下时，它们开始在细胞中释放 ABA，根释放信号可以在几分钟而不是几小时内传递。叶片组织中ABA的增加可能会降低细胞壁的伸长率，导致叶片伸长率下降。缺氧的另一个影响是叶片寿命缩短，会影响所有的叶片。缺氧通常导致细胞分裂素和硝酸盐转运减少。缺氮或细胞分裂素不足，叶面积维持时间缩短，几天内枝叶停止生长。

优化作物根系氧环境

基质的特性对水和氧的分布具有决定性作用。大棚蔬菜根系环境氧浓度主要与基质持水量、灌水量（大小和频率）、基质结构和基质条带温度有关。只有根系环境含氧量至少在10%（4~5mg/L）以上，才能使根系活性保持在最佳状态。

农作物的根系对于植物的生长发育和植物的抗病能力非常重要。水分和养分会根据植物的需要来吸收。然而，根系环境中的氧气水平在很大程度上决定了养分和水分的吸收效率以及根系的质量。根系环境中充足的氧气水平可以保证根系的健康，从而使植物对病原微生物具有更好的抵抗力（图3）。底物中充足的氧气水平还可以最大限度地降低厌氧条件的风险，从而最大限度地降低病原微生物的风险。

根系环境耗氧量

作物最大耗氧量可高达40mg/m2/h（消耗量视作物而定）。根据温度的不同，灌溉水中可能含有高达 7~8mg/L 的氧气（图 4）。要达到40毫克，必须每小时给水5L才能满足需氧量，但实际上一天的灌水量未必能达到。这意味着灌溉提供的氧气只起到了很小的作用。大部分供氧通过基质中的孔隙到达根区，根据一天中的不同时间，通过孔隙供氧的贡献高达 90%。当植物蒸发量达到最大时，灌水量也达到最大，相当于1～1.5L/m2/h。如果灌溉水中含有7mg/L的氧气，将为根区提供7~11mg/m2/h的氧气。这相当于需求的17%~25%。当然，这仅适用于基质中贫氧灌溉水被新鲜灌溉水替代的情况。

除了消耗根系外，根系环境中的微生物也消耗氧气。很难对此进行量化，因为在这方面尚未进行任何测量。由于每年都会更换新的底物，因此可以假设微生物在耗氧量中所起的作用相对较小。

优化根系环境温度

根系的环境温度对于根系的正常生长和功能发挥十分重要，也是影响根系吸收水分和养分的重要因素。

基质温度（​​根温）过低可能导致吸水困难。5℃时，吸收比20℃时低70%~80%。基质温度低伴有高温，会导致植株萎蔫。离子吸收明显依赖于温度，低温抑制离子吸收，不同营养元素对温度的敏感性不同。

基质温度太高也无济于事，还可能导致根系过大。换句话说，植物中的干物质分布不平衡。因为根系太大，会通过呼吸作用产生不必要的损失，而这部分损失的能量本可以用于植物的收获部分。基质温度越高，溶解氧含量越低，与微生物消耗的氧气相比，这对根系环境中氧气含量的影响要大得多。根系消耗大量氧气，在基质或土壤结构不良的情况下甚至会导致缺氧，从而减少水分和离子的吸收。

维持基质合理的持水量。

基质中的含水量和氧的百分比含量之间存在负相关。当水含量增加时，氧含量降低，反之亦然。基质中的含水量和氧气之间存在一个临界范围，即80%~85%的含水量（图5）。长期维持基质含水量在85%以上，会影响供氧。大部分氧气供应（75%~90%）是通过基质中的孔隙。

灌溉对基质含氧量的补充

更多的阳光会导致更高的耗氧量和较低的根部氧浓度（图6），更多的糖分会导致夜间耗氧量更高。蒸腾作用强，吸水量大，基质中空气多，氧气多。从图7左侧可以看出，在基质持水量高，空气含量很低的情况下，灌水后基质中的氧含量会略有增加。如右图所示。7、在光照相对较好的情况下，由于吸水较多（灌水次数相同），基质中的空气含量增加。灌溉对基质中氧含量的相对影响远小于基质中的持水能力（空气含量）。

讨论

在实际生产中，作物根系环境中氧气（空气）的含量很容易被忽视，但却是保证作物正常生长和根系健康发育的重要因素。

为了在作物生产过程中获得最大的产量，尽可能将根系环境保护在最佳状态是非常重要的。研究表明，奥_2个根系环境中含量低于4mg/L就会对作物生长产生不利影响。欧_2个根系环境中的含量主要受灌溉（灌水量和频率）、基质结构、基质含水量、温室和基质温度的影响，不同的种植模式会有所不同。藻类和微生物也与水培作物根系环境含氧量有一定关系。缺氧不仅会导致植物发育缓慢，还会增加根部病原体（腐霉菌、疫霉菌、镰刀菌）对根系生长的压力。

灌溉策略对 O 有显着影响_2个基质中的含量，也是种植过程中更可控的方式。一些玫瑰种植研究发现，慢慢增加基质中的水分含量（早上）可以获得更好的氧气状态。在持水量低的基质中，基质可以保持较高的含氧量，同时需要通过较高的灌水频率和较短的间隔时间来避免基质之间的含水量差异。基质的持水能力越低，基质之间的差异就越大。湿润的基质、较低的灌溉频率和较长的间隔确保了更多的空气置换和有利的氧气条件。

基质的排水是另一个对更新速率和基质中的氧浓度梯度有很大影响的因素，这取决于基质的类型和持水能力。灌溉液不宜在基质底部停留时间过长，应迅速排出，使新鲜的富氧灌溉水再次到达基质底部。排水速度可以通过一些相对简单的措施来影响，例如基材在纵向和宽度方向上的梯度。坡度越大，排水速度越快。不同的基板有不同的开口，出风口的数量也不同。

结尾

【引用信息】

谢元培。温室作物根系环境含氧量对作物生长的影响[J].农业工程技术, 2022,42(31):21-24.