Чэнь Тунцян и др. Технология сельскохозяйственного проектирования тепличного садоводства. Опубликовано в Пекине в 17:30 6 января 2023 г.

Правильный контроль электропроводности (EC) и pH ризосферы является необходимым условием для достижения высокой урожайности томатов в режиме беспочвенного выращивания в «умной» стеклянной теплице. В данной статье в качестве объекта посадки был выбран томат, и были обобщены подходящие диапазоны EC и pH ризосферы на разных стадиях развития, а также соответствующие технические меры контроля в случае отклонения от нормы, чтобы предоставить рекомендации для реального выращивания в традиционных стеклянных теплицах.

Согласно неполным статистическим данным, площадь посадок в многопролетных стеклянных интеллектуальных теплицах в Китае достигла 630 га/м² и продолжает расти. Стеклянные теплицы объединяют в себе различные сооружения и оборудование, создавая благоприятную среду для роста растений. Хороший контроль окружающей среды, точный полив водой и удобрениями, правильные методы выращивания и защита растений — четыре основных фактора для достижения высокой урожайности и высокого качества томатов. Что касается точного полива, его цель — поддержание надлежащей электропроводности (EC), pH, содержания воды в субстрате и концентрации ионов в ризосфере. Хорошие показатели EC и pH в ризосфере обеспечивают развитие корней и поглощение воды и удобрений, что является необходимым условием для поддержания роста растений, фотосинтеза, транспирации и других метаболических процессов. Следовательно, поддержание благоприятной среды в ризосфере является необходимым условием для достижения высокой урожайности.

Неконтролируемые значения электропроводности (EC) и pH в ризосфере оказывают необратимое воздействие на водный баланс, развитие корней, эффективность поглощения удобрений корнями (дефицит питательных веществ у растений), концентрацию ионов в корнях (поглощение удобрений) (дефицит питательных веществ у растений) и т.д. Выращивание томатов в стеклянных теплицах осуществляется методом беспочвенного выращивания. После смешивания воды и удобрений осуществляется интегрированная подача воды и удобрений в виде капельных стрелок. Электропроводность (EC), pH, частота, состав, количество возвращаемой жидкости и время начала полива напрямую влияют на EC и pH ризосферы. В данной статье обобщены оптимальные значения EC и pH ризосферы на каждом этапе выращивания томатов, проанализированы причины аномальных значений EC и pH ризосферы и предложены меры по их устранению, что послужило справочным и техническим руководством для практического производства в традиционных стеклянных теплицах.

Оптимальные значения электропроводности (EC) и pH ризосферы на разных стадиях роста томата.

Электропроводность ризосферы (EC) в основном отражается в концентрации ионов основных элементов в ризосфере. Эмпирическая формула расчета заключается в делении суммы зарядов анионов и катионов на 20, и чем выше значение, тем выше электропроводность ризосферы. Подходящая электропроводность ризосферы обеспечит оптимальную и равномерную концентрацию ионов элементов для корневой системы.

В целом, его значение низкое (EC ризосферы < 2,0 мСм/см). Из-за набухания корневых клеток это приводит к чрезмерной потребности корней в поглощении воды, в результате чего в растениях образуется больше свободной воды, которая используется для образования шишек, удлинения клеток и роста побегов; его значение высокое (зимняя EC ризосферы > 8–10 мСм/см, летняя EC ризосферы > 5–7 мСм/см). С увеличением EC ризосферы способность корней к поглощению воды становится недостаточной, что приводит к водному стрессу растений, а в тяжелых случаях растения увядают (рис. 1). В то же время конкуренция между листьями и плодами за воду приводит к снижению содержания воды в плодах, что влияет на урожайность и качество плодов. Умеренное повышение электропроводности ризосферы на 0–2 мСм/см оказывает хорошее регулирующее воздействие на увеличение концентрации растворимых сахаров/содержания растворимых сухих веществ в плодах, регулируя баланс вегетативного и репродуктивного роста растений, поэтому производители томатов черри, стремящиеся к качеству, часто используют более высокую электропроводность ризосферы. Было установлено, что содержание растворимых сахаров в привитых огурцах было значительно выше, чем в контрольной группе, при поливе солоноватой водой (в питательный раствор добавляли 3 г/л самостоятельно приготовленной солоноватой воды с соотношением NaCl:MgSO4:CaSO4 2:2:1). Характерной особенностью томатов черри сорта «Голландский мед» является поддержание высокой электропроводности ризосферы (8–10 мСм/см) в течение всего плодоношения, высокое содержание сахара в плодах, но относительно низкая урожайность (5 кг/м2).

pH ризосферы (безразмерная величина) в основном относится к pH раствора в ризосфере, который в первую очередь влияет на осаждение и растворение ионов каждого элемента в воде, а затем и на эффективность поглощения каждого иона корневой системой. Для большинства ионов элементов оптимальный диапазон pH составляет 5,5–6,5, что обеспечивает нормальное поглощение каждого иона корневой системой. Поэтому во время посадки томатов pH ризосферы всегда следует поддерживать в диапазоне 5,5–6,5. В таблице 1 показан диапазон регулирования электропроводности (EC) и pH ризосферы на разных стадиях роста крупноплодных томатов. Для мелкоплодных томатов, таких как томаты черри, электропроводность ризосферы на разных стадиях на 0–1 мСм/см выше, чем у крупноплодных томатов, но все они регулируются в соответствии с одной и той же тенденцией.

Аномальные причины и меры по адаптации ризосферы томата к электропроводности

Электропроводность ризосферы (ЭК) — это электропроводность питательного раствора вокруг корневой системы. В Голландии при посадке томатов в минеральную вату производители используют шприцы для отбора проб питательного раствора из ваты, что делает результаты более репрезентативными. В нормальных условиях электропроводность возвратного раствора близка к электропроводности ризосферы, поэтому в Китае электропроводность возвратного раствора в точке отбора проб часто используется в качестве электропроводности ризосферы. Суточные колебания электропроводности ризосферы обычно начинаются после восхода солнца, затем начинают снижаться и остаются стабильными в пик полива, после чего медленно возрастают, как показано на рисунке 2.

Основными причинами высокого значения EC возврата являются низкая скорость возврата, высокое значение EC на входе и поздний полив. Небольшой объем полива в тот же день свидетельствует о низкой скорости возврата жидкости. Цель возврата жидкости — полное промывание субстрата, обеспечение нормального уровня EC ризосферы, содержания воды в субстрате и концентрации ионов в ризосфере. Низкая скорость возврата жидкости приводит к тому, что корневая система поглощает больше воды, чем элементарных ионов, что, в свою очередь, приводит к увеличению EC. Высокое значение EC на входе напрямую приводит к высокому значению EC возврата. Согласно эмпирическому правилу, EC возврата на 0,5–1,5 мс/см выше, чем EC на входе. Последний полив в тот же день закончился раньше, и интенсивность света оставалась высокой (300–450 Вт/м2) после полива. Из-за транспирации растений, вызванной излучением, корневая система продолжала поглощать воду, содержание воды в субстрате уменьшалось, концентрация ионов увеличивалась, и, следовательно, EC ризосферы повышалась. При высокой электропроводности ризосферы, высокой интенсивности излучения и низкой влажности растения испытывают дефицит воды, что серьезно проявляется в виде увядания (рис. 1, справа).

Низкая электропроводность (EC) в ризосфере в основном обусловлена ​​высокой скоростью возврата жидкости, поздним завершением полива и низкой электропроводностью жидкости на входе, что усугубляет проблему. Высокая скорость возврата жидкости приводит к бесконечному сближению электропроводности на входе и возвратной жидкости. Когда полив заканчивается поздно, особенно в пасмурные дни, в сочетании с низкой освещенностью и высокой влажностью, транспирация растений ослабевает, коэффициент поглощения элементарных ионов выше, чем у воды, а коэффициент уменьшения содержания воды в матриксе ниже, чем концентрация ионов в растворе, что приводит к низкой электропроводности возвратной жидкости. Поскольку давление набухания клеток корневых волосков растений ниже водного потенциала питательного раствора ризосферы, корневая система поглощает больше воды, и водный баланс нарушается. При слабой транспирации растение будет выделять воду в виде брызг (рисунок 1, слева), а если ночью высокая температура, растение будет расти бесполезно.

Меры по корректировке при аномальной электропроводности ризосферы: ① При высокой электропроводности возврата, входящая электропроводность должна находиться в разумных пределах. Как правило, входящая электропроводность крупных плодовых томатов составляет 2,5–3,5 мСм/см летом и 3,5–4,0 мСм/см зимой. Во-вторых, следует повысить скорость возврата жидкости, что необходимо перед частым поливом в полдень, и обеспечить возврат жидкости при каждом поливе. Скорость возврата жидкости положительно коррелирует с накоплением радиации. Летом, когда интенсивность радиации превышает 450 Вт/м² и длится более 30 минут, следует один раз вручную добавить небольшое количество воды (50–100 мл/капельница), и лучше, чтобы возврат жидкости практически не происходил. ② Низкая скорость возврата жидкости обусловлена ​​высокой скоростью возврата жидкости, низкой электропроводностью и поздним последним поливом. Ввиду времени последнего полива, он обычно заканчивается за 2–5 часов до захода солнца, в пасмурные дни и зимой – раньше запланированного срока, а в солнечные дни и летом – с задержкой. Регулирование скорости возврата жидкости осуществляется в зависимости от накопления солнечной радиации на открытом воздухе. Как правило, скорость возврата жидкости составляет менее 10%, когда накопление радиации меньше 500 Дж/(см²·сут), и 10–20%, когда накопление радиации составляет 500–1000 Дж/(см²·сут), и так далее.

Аномальные причины и меры по корректировке pH ризосферы томата

Как правило, в идеальных условиях pH поступающей воды составляет 5,5, а pH фильтрата — 5,5–6,5. Факторы, влияющие на pH ризосферы, включают состав субстрата, питательную среду, скорость фильтрации, качество воды и т. д. Низкий pH ризосферы приводит к ожогам корней и сильному растворению минеральной ваты, как показано на рисунке 3. Высокий pH ризосферы снижает поглощение Mn2+, Fe3+, Mg2+ и PO43-, что приводит к дефициту элементов, например, дефициту марганца, вызванному высоким pH ризосферы, как показано на рисунке 4.

Что касается качества воды, дождевая вода и вода, прошедшая фильтрацию через мембрану обратного осмоса, имеют кислую реакцию, а pH маточного раствора обычно составляет 3–4, что приводит к низкому pH поступающего раствора. Для регулирования pH поступающего раствора часто используются гидроксид калия и бикарбонат калия. Колодезная и грунтовая вода часто регулируются азотной и фосфорной кислотами, поскольку содержат HCO3, обладающий щелочными свойствами. Аномальный pH поступающего раствора напрямую влияет на pH возвращаемого раствора, поэтому поддержание правильного pH поступающего раствора является основой регулирования. Что касается субстрата для выращивания, то после посадки pH возвращаемого раствора в субстрате из кокосовых отрубей близок к pH поступающего раствора, и аномальный pH поступающего раствора не вызывает резких колебаний pH ризосферы в течение короткого времени благодаря хорошим буферным свойствам субстрата. При выращивании на минеральной вате значение pH возвращаемого раствора после колонизации высокое и сохраняется в течение длительного времени.

В зависимости от способности растений поглощать ионы, их можно разделить на физиологически кислые и физиологически щелочные соли. Например, при поглощении 1 моль NO3- корневая система выделяет 1 моль OH-, что приводит к повышению pH ризосферы, тогда как при поглощении NH4+ корневая система выделяет такое же количество H+, что приводит к снижению pH ризосферы. Таким образом, нитрат является физиологически щелочной солью, а аммонийная соль — физиологически кислой. Как правило, сульфат калия, нитрат кальция-аммония и сульфат аммония являются физиологически кислыми удобрениями, нитрат калия и нитрат кальция — физиологически щелочными солями, а нитрат аммония — нейтральной солью. Влияние скорости возврата жидкости на pH ризосферы в основном проявляется в промывке питательного раствора ризосферы, а аномальный pH ризосферы вызван неравномерной концентрацией ионов в ризосфере.

Меры по корректировке при нарушении pH ризосферы: ① Во-первых, проверьте, находится ли pH поступающей воды в разумном диапазоне; (2) При использовании воды с высоким содержанием карбонатов, например, колодезной воды, автор однажды обнаружил, что pH поступающей воды был нормальным, но после окончания полива в тот же день pH поступающей воды был проверен и оказался повышенным. После анализа было установлено, что возможной причиной повышения pH является буферное действие HCO3-, поэтому рекомендуется использовать азотную кислоту в качестве регулятора при использовании колодезной воды в качестве источника поливной воды; (3) При использовании минеральной ваты в качестве субстрата для посадки, pH возвращаемого раствора остается высоким в течение длительного времени на ранней стадии посадки. В этом случае pH поступающего раствора следует соответствующим образом снизить до 5,2–5,5, и одновременно увеличить дозировку физиологической кислой соли, а вместо нитрата кальция следует использовать нитрат кальция-аммония, а вместо нитрата калия — сульфат калия. Следует отметить, что дозировка NH4+ не должна превышать 1/10 от общего количества азота в формуле. Например, когда общая концентрация азота (NO3- + NH4+) в поступающей воде составляет 20 ммоль/л, а концентрация NH4+ меньше 2 ммоль/л, вместо нитрата калия можно использовать сульфат калия, но следует учитывать концентрацию SO4.^2-(4) Что касается скорости возврата жидкости, количество полива следует увеличивать каждый раз, а субстрат следует промывать, особенно при использовании минеральной ваты для посадки, так как pH ризосферы нельзя быстро отрегулировать за короткое время с помощью физиологических солей, поэтому количество полива следует увеличивать, чтобы как можно скорее отрегулировать pH ризосферы до разумного диапазона.

Краткое содержание

Разумный диапазон значений электропроводности (EC) и pH ризосферы является необходимым условием для нормального поглощения воды и удобрений корнями томатов. Аномальные значения приведут к дефициту питательных веществ у растений, нарушению водного баланса (водный стресс/избыток свободной воды), ожогу корней (высокая EC и низкий pH) и другим проблемам. Из-за задержки развития аномалий, вызванных аномальными значениями EC и pH ризосферы, если проблема уже возникла, это означает, что аномальные значения EC и pH ризосферы сохранялись в течение многих дней, и процесс возвращения растения в нормальное состояние займет время, что напрямую повлияет на урожайность и качество. Поэтому важно ежедневно измерять EC и pH поступающей и возвращающейся жидкости.

КОНЕЦ

[Цитируемая информация] Чен Тонгцян, Сюй Фэнцзяо, Ма Тьеминь и др. Метод контроля EC и pH ризосферы томатов при беспочвенном выращивании в стеклянной теплице [J]. Технология сельскохозяйственной инженерии, 2022, 42(31): 17-20.