სათბურის მებაღეობის სასოფლო-სამეურნეო ინჟინერიის ტექნოლოგიაგამოქვეყნდა პეკინში, 2023 წლის 13 იანვარს, 17:30 საათზე.

საკვები ელემენტების უმეტესობის შეწოვა მცენარის ფესვების მეტაბოლურ აქტივობასთან მჭიდრო კავშირშია. ეს პროცესები მოითხოვს ფესვის უჯრედების სუნთქვით გამომუშავებულ ენერგიას, წყლის შეწოვა ასევე რეგულირდება ტემპერატურითა და სუნთქვით, ხოლო სუნთქვა მოითხოვს ჟანგბადის მონაწილეობას, ამიტომ ფესვის გარემოში ჟანგბადს სასიცოცხლო გავლენა აქვს კულტურების ნორმალურ ზრდაზე. წყალში გახსნილი ჟანგბადის შემცველობაზე გავლენას ახდენს ტემპერატურა და მარილიანობა, ხოლო სუბსტრატის სტრუქტურა განსაზღვრავს ფესვის გარემოში ჰაერის შემცველობას. ირიგაციას დიდი განსხვავება აქვს ჟანგბადის შემცველობის განახლებასა და დამატებაში სხვადასხვა წყლის შემცველობის მქონე სუბსტრატებში. ფესვის გარემოში ჟანგბადის შემცველობის ოპტიმიზაციის მრავალი ფაქტორი არსებობს, მაგრამ თითოეული ფაქტორის გავლენის ხარისხი საკმაოდ განსხვავებულია. სუბსტრატის წყლის შეკავების გონივრული უნარის (ჰაერის შემცველობის) შენარჩუნება ფესვის გარემოში ჟანგბადის მაღალი შემცველობის შენარჩუნების წინაპირობაა.

ტემპერატურისა და მარილიანობის გავლენა ხსნარში გაჯერებული ჟანგბადის შემცველობაზე

წყალში გახსნილი ჟანგბადის შემცველობა

გახსნილი ჟანგბადი წყალში გახსნილია შეკავშირებულ ან თავისუფალ ჟანგბადში და წყალში გახსნილი ჟანგბადის შემცველობა მაქსიმუმს აღწევს გარკვეულ ტემპერატურაზე, რაც გაჯერებული ჟანგბადის შემცველობაა. წყალში გაჯერებული ჟანგბადის შემცველობა იცვლება ტემპერატურის მატებასთან ერთად და ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ჟანგბადის შემცველობა მცირდება. სუფთა წყალში გაჯერებული ჟანგბადის შემცველობა უფრო მაღალია, ვიდრე მარილის შემცველ ზღვის წყალში (სურათი 1), ამიტომ სხვადასხვა კონცენტრაციის მქონე საკვებ ხსნარებში გაჯერებული ჟანგბადის შემცველობა განსხვავებული იქნება.

ჟანგბადის ტრანსპორტი მატრიცაში

სათბურის კულტურების ფესვებისთვის საკვები ხსნარიდან მიღებული ჟანგბადი თავისუფალ მდგომარეობაში უნდა იყოს და სუბსტრატში ჰაერის, წყლის და ფესვების გარშემო წყლის მეშვეობით გადაიცემა. როდესაც ის მოცემულ ტემპერატურაზე ჰაერში ჟანგბადის შემცველობასთან წონასწორობაშია, წყალში გახსნილი ჟანგბადი მაქსიმუმს აღწევს და ჰაერში ჟანგბადის შემცველობის ცვლილება წყალში ჟანგბადის შემცველობის პროპორციულ ცვლილებას გამოიწვევს.

ჰიპოქსიის სტრესის გავლენა ფესვთა გარემოში კულტურებზე

ფესვის ჰიპოქსიის მიზეზები

ჰიდროპონიკასა და სუბსტრატის კულტივაციის სისტემებში ჰიპოქსიის რისკი ზაფხულში უფრო მაღალია რამდენიმე მიზეზის გამო. პირველ რიგში, წყალში გაჯერებული ჟანგბადის შემცველობა ტემპერატურის მატებასთან ერთად მცირდება. მეორეც, ფესვის ზრდის შესანარჩუნებლად საჭირო ჟანგბადი ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება. გარდა ამისა, ზაფხულში საკვები ნივთიერებების შეწოვის რაოდენობა უფრო მაღალია, ამიტომ საკვები ნივთიერებების შეწოვისთვის ჟანგბადის მოთხოვნაც უფრო მაღალია. ეს იწვევს ფესვის გარემოში ჟანგბადის შემცველობის შემცირებას და ეფექტური დანამატის ნაკლებობას, რაც იწვევს ფესვის გარემოში ჰიპოქსიას.

შეწოვა და ზრდა

ყველაზე აუცილებელი საკვები ნივთიერებების შეწოვა დამოკიდებულია ფესვის მეტაბოლიზმთან მჭიდრო კავშირში მყოფ პროცესებზე, რომლებიც მოითხოვს ფესვის უჯრედების სუნთქვის, ანუ ფოტოსინთეზური პროდუქტების ჟანგბადის თანაარსებობისას დაშლის შედეგად გამომუშავებულ ენერგიას. კვლევებმა აჩვენა, რომ პომიდვრის მცენარეების მთლიანი ასიმილაციის 10%-20% გამოიყენება ფესვებში, რომელთაგან 50% გამოიყენება საკვები იონების შეწოვისთვის, 40% ზრდისთვის და მხოლოდ 10% შენარჩუნებისთვის. ფესვებმა ჟანგბადი უნდა იპოვონ უშუალო გარემოში, სადაც ისინი გამოყოფენ CO2-ს.₂სუბსტრატებსა და ჰიდროპონიკაში ცუდი ვენტილაციით გამოწვეული ანაერობული პირობების დროს, ჰიპოქსია გავლენას მოახდენს წყლისა და საკვები ნივთიერებების შეწოვაზე. ჰიპოქსიას აქვს სწრაფი რეაქცია საკვები ნივთიერებების, კერძოდ, ნიტრატის (NO) აქტიურ შეწოვაზე.₃^-), კალიუმი (K) და ფოსფატი (PO₄^3-), რაც ხელს შეუშლის კალციუმის (Ca) და მაგნიუმის (Mg) პასიურ შეწოვას.

მცენარის ფესვის ზრდას ენერგია სჭირდება, ფესვის ნორმალურ აქტივობას ჟანგბადის ყველაზე დაბალი კონცენტრაცია სჭირდება, ხოლო COP მნიშვნელობაზე დაბალი ჟანგბადის კონცენტრაცია ფესვის უჯრედების მეტაბოლიზმის შემზღუდველი ფაქტორი ხდება (ჰიპოქსია). როდესაც ჟანგბადის შემცველობის დონე დაბალია, ზრდა შენელდება ან საერთოდ ჩერდება. თუ ფესვის ნაწილობრივი ჰიპოქსია მხოლოდ ტოტებსა და ფოთლებზე მოქმედებს, ფესვთა სისტემას შეუძლია კომპენსირება გაუწიოს ფესვთა სისტემის იმ ნაწილს, რომელიც რაიმე მიზეზით აღარ არის აქტიური ადგილობრივი შეწოვის გაზრდით.

მცენარის მეტაბოლური მექანიზმი დამოკიდებულია ჟანგბადზე, როგორც ელექტრონების აქცეპტორზე. ჟანგბადის გარეშე, ატფ-ის წარმოება შეწყდება. ატფ-ის გარეშე, ფესვებიდან პროტონების გადინება შეწყდება, ფესვის უჯრედების წვენი მჟავე გახდება და ეს უჯრედები რამდენიმე საათში დაიღუპებიან. დროებითი და ხანმოკლე ჰიპოქსია მცენარეებში შეუქცევად კვებით სტრესს არ გამოიწვევს. „ნიტრატული სუნთქვის“ მექანიზმის გამო, ეს შეიძლება იყოს ხანმოკლე ადაპტაცია ჰიპოქსიასთან გასამკლავებლად, როგორც ალტერნატიული გზა ფესვების ჰიპოქსიის დროს. თუმცა, ხანგრძლივი ჰიპოქსია გამოიწვევს ზრდის შენელებას, ფოთლის ფართობის შემცირებას და ახალი და მშრალი წონის შემცირებას, რაც გამოიწვევს მოსავლიანობის მნიშვნელოვან შემცირებას.

ეთილენი

მცენარეები ეთილენს ადგილზე წარმოქმნიან დიდი სტრესის ქვეშ. როგორც წესი, ეთილენი ფესვებიდან ნიადაგის ჰაერში დიფუზიით შორდება. დაჭაობების დროს ეთილენის წარმოქმნა არა მხოლოდ გაიზრდება, არამედ დიფუზიაც მნიშვნელოვნად შემცირდება, რადგან ფესვები წყლით არის გარშემორტყმული. ეთილენის კონცენტრაციის ზრდა გამოიწვევს ფესვებში აერაციის ქსოვილის წარმოქმნას (სურათი 2). ეთილენმა ასევე შეიძლება გამოიწვიოს ფოთლების დაბერება, ხოლო ეთილენსა და აუქსინს შორის ურთიერთქმედება გაზრდის შემთხვევითი ფესვების წარმოქმნას.

ჟანგბადის სტრესი იწვევს ფოთლების ზრდის შენელებას

ABA წარმოიქმნება ფესვებსა და ფოთლებში სხვადასხვა გარემო სტრესთან გასამკლავებლად. ფესვის გარემოში სტრესზე ტიპიური რეაქციაა ბაგეების დახურვა, რაც გულისხმობს ABA-ს წარმოქმნას. ბაგეების დახურვამდე მცენარის ზედა ნაწილი კარგავს შეშუპების წნევას, ზედა ფოთლები ჭკნება და ფოტოსინთეზის ეფექტურობაც შეიძლება შემცირდეს. მრავალმა კვლევამ აჩვენა, რომ ბაგეები აპოპლასტში ABA-ს კონცენტრაციის ზრდაზე რეაგირებენ დახურვით, ანუ არაფოთლებში ABA-ს მთლიანი შემცველობით უჯრედშიდა ABA-ს გამოთავისუფლებით. მცენარეებს შეუძლიათ ძალიან სწრაფად გაზარდონ აპოპლასტის ABA-ს კონცენტრაცია. როდესაც მცენარეები გარემო სტრესის ქვეშ არიან, ისინი იწყებენ ABA-ს გამოყოფას უჯრედებში და ფესვის გამოთავისუფლების სიგნალი შეიძლება გადაეცეს წუთებში საათების ნაცვლად. ფოთლის ქსოვილში ABA-ს გაზრდამ შეიძლება შეამციროს უჯრედის კედლის დაგრძელება და გამოიწვიოს ფოთლის დაგრძელების შემცირება. ჰიპოქსიის კიდევ ერთი ეფექტი არის ფოთლების სიცოცხლის ხანგრძლივობის შემცირება, რაც გავლენას ახდენს ყველა ფოთოლზე. ჰიპოქსია, როგორც წესი, იწვევს ციტოკინინისა და ნიტრატის ტრანსპორტის შემცირებას. აზოტის ან ციტოკინინის ნაკლებობა რამდენიმე დღეში შეამცირებს ფოთლის ფართობის მოვლის დროს და შეაჩერებს ტოტებისა და ფოთლების ზრდას.

მცენარის ფესვთა სისტემის ჟანგბადის გარემოს ოპტიმიზაცია

სუბსტრატის მახასიათებლები გადამწყვეტია წყლისა და ჟანგბადის განაწილებისთვის. სათბურის ბოსტნეულის ფესვთა გარემოში ჟანგბადის კონცენტრაცია ძირითადად დაკავშირებულია სუბსტრატის წყლის შეკავების უნართან, მორწყვასთან (ზომა და სიხშირე), სუბსტრატის სტრუქტურასთან და სუბსტრატის ზოლის ტემპერატურასთან. მხოლოდ მაშინ, როდესაც ფესვთა გარემოში ჟანგბადის შემცველობა მინიმუმ 10%-ზე მეტია (4~5 მგ/ლ), შესაძლებელია ფესვთა აქტივობის შენარჩუნება საუკეთესო მდგომარეობაში.

კულტურების ფესვთა სისტემა ძალიან მნიშვნელოვანია მცენარის ზრდისა და დაავადებებისადმი მდგრადობისთვის. წყალი და საკვები ნივთიერებები შეიწოვება მცენარეების საჭიროებების შესაბამისად. თუმცა, ფესვთა გარემოში ჟანგბადის დონე დიდწილად განსაზღვრავს საკვები ნივთიერებებისა და წყლის შეწოვის ეფექტურობას და ფესვთა სისტემის ხარისხს. ფესვთა სისტემის გარემოში ჟანგბადის საკმარისი დონე უზრუნველყოფს ფესვთა სისტემის ჯანმრთელობას, რათა მცენარეებმა უკეთესად გაუძლონ პათოგენურ მიკროორგანიზმებს (სურათი 3). სუბსტრატში ჟანგბადის საკმარისი დონე ასევე ამცირებს ანაერობული პირობების რისკს, რითაც მინიმუმამდე ამცირებს პათოგენური მიკროორგანიზმების რისკს.

ჟანგბადის მოხმარება ფესვთა გარემოში

კულტურების მიერ ჟანგბადის მაქსიმალური მოხმარება შეიძლება იყოს 40 მგ/მ2/სთ-მდე (მოხმარება დამოკიდებულია კულტურებზე). ტემპერატურის მიხედვით, სარწყავი წყალი შეიძლება შეიცავდეს 7~8 მგ/ლ-მდე ჟანგბადს (სურათი 4). 40 მგ-ის მისაღწევად, ჟანგბადზე მოთხოვნილების დასაკმაყოფილებლად ყოველ საათში 5 ლიტრი წყალი უნდა მიეწოდოს, თუმცა სინამდვილეში, ერთ დღეში მორწყვის რაოდენობა შეიძლება ვერ იქნას მიღწეული. ეს ნიშნავს, რომ მორწყვით მოწოდებული ჟანგბადი მხოლოდ მცირე როლს ასრულებს. ჟანგბადის მიწოდების უმეტესი ნაწილი ფესვთა ზონაში მატრიცის ფორების მეშვეობით აღწევს და ფორების მეშვეობით ჟანგბადის მიწოდების წვლილი დღის დროის მიხედვით 90%-ს აღწევს. როდესაც მცენარეების აორთქლება მაქსიმუმს აღწევს, მორწყვის რაოდენობაც მაქსიმუმს აღწევს, რაც 1~1.5 ლ/მ2/სთ-ის ეკვივალენტურია. თუ სარწყავი წყალი შეიცავს 7 მგ/ლ ჟანგბადს, ის ფესვთა ზონას უზრუნველყოფს 7~11 მგ/მ2/სთ ჟანგბადით. ეს მოთხოვნის 17%-25%-ის ეკვივალენტურია. რა თქმა უნდა, ეს მხოლოდ იმ სიტუაციას ეხება, როდესაც სუბსტრატში არსებული ჟანგბადით ღარიბი სარწყავი წყალი ახალი სარწყავი წყლით იცვლება.

ფესვების მოხმარების გარდა, ფესვთა გარემოში არსებული მიკროორგანიზმები ასევე მოიხმარენ ჟანგბადს. ამის რაოდენობრივი განსაზღვრა რთულია, რადგან ამ მხრივ არანაირი გაზომვა არ ჩატარებულა. რადგან ყოველწლიურად ახალი სუბსტრატები იცვლება, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ მიკროორგანიზმები შედარებით მცირე როლს ასრულებენ ჟანგბადის მოხმარებაში.

ფესვების გარემოს ტემპერატურის ოპტიმიზაცია

ფესვთა სისტემის ნორმალური ზრდისა და ფუნქციონირებისთვის ძალიან მნიშვნელოვანია ფესვთა სისტემის გარემოს ტემპერატურა, ასევე მნიშვნელოვანი ფაქტორია, რომელიც გავლენას ახდენს წყლისა და საკვები ნივთიერებების შეწოვაზე ფესვთა სისტემის მიერ.

სუბსტრატის ძალიან დაბალმა ტემპერატურამ (ფესვის ტემპერატურამ) შეიძლება წყლის შეწოვის გაძნელება გამოიწვიოს. 5°C-ზე შეწოვა 70%-80%-ით ნაკლებია, ვიდრე 20°C-ზე. თუ სუბსტრატის დაბალ ტემპერატურას მაღალი ტემპერატურაც ახლავს თან, ეს მცენარის ჭკნობას გამოიწვევს. იონების შეწოვა, ცხადია, ტემპერატურაზეა დამოკიდებული, რაც დაბალ ტემპერატურაზე იონების შეწოვას აფერხებს და სხვადასხვა საკვები ელემენტის მგრძნობელობა ტემპერატურის მიმართ განსხვავებულია.

სუბსტრატის ძალიან მაღალი ტემპერატურა ასევე უსარგებლოა და შეიძლება გამოიწვიოს ფესვთა სისტემის ძალიან დიდი ზომა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მცენარეებში მშრალი ნივთიერების არაბალანსირებული განაწილება ხდება. რადგან ფესვთა სისტემა ძალიან დიდია, სუნთქვის დროს ზედმეტი დანაკარგები მოხდება და დაკარგული ენერგიის ეს ნაწილი შეიძლებოდა გამოყენებულიყო მცენარის მოსავლის აღებისთვის. სუბსტრატის უფრო მაღალ ტემპერატურაზე გახსნილი ჟანგბადის შემცველობა უფრო დაბალია, რაც გაცილებით დიდ გავლენას ახდენს ფესვთა გარემოში ჟანგბადის შემცველობაზე, ვიდრე მიკროორგანიზმების მიერ მოხმარებული ჟანგბადი. ფესვთა სისტემა ბევრ ჟანგბადს მოიხმარს და ცუდი სუბსტრატის ან ნიადაგის სტრუქტურის შემთხვევაში ჰიპოქსიასაც კი იწვევს, რითაც მცირდება წყლისა და იონების შეწოვა.

მატრიცის წყლის შეკავების გონივრული უნარის შენარჩუნება.

წყლის შემცველობასა და მატრიცაში ჟანგბადის პროცენტულ შემცველობას შორის უარყოფითი კორელაციაა. როდესაც წყლის შემცველობა იზრდება, ჟანგბადის შემცველობა მცირდება და პირიქით. მატრიცაში წყლის შემცველობასა და ჟანგბადის შემცველობას შორის კრიტიკული დიაპაზონია, ანუ წყლის შემცველობა 80%-დან 85%-მდეა (სურათი 5). სუბსტრატში წყლის შემცველობის 85%-ზე მეტი შემცველობის ხანგრძლივი შენარჩუნება გავლენას მოახდენს ჟანგბადის მიწოდებაზე. ჟანგბადის მიწოდების უმეტესი ნაწილი (75%-დან 90%-მდე) მატრიცაში არსებული ფორების მეშვეობით ხდება.

სუბსტრატში ჟანგბადის შემცველობაზე მორწყვის დამატება

მეტი მზის სინათლე გამოიწვევს ჟანგბადის მოხმარების ზრდას და ფესვებში ჟანგბადის კონცენტრაციის შემცირებას (სურათი 6), ხოლო მეტი შაქარი ღამით ჟანგბადის მოხმარებას გაზრდის. ტრანსპირაცია ძლიერია, წყლის შთანთქმა დიდია და სუბსტრატში მეტი ჰაერი და მეტი ჟანგბადია. სურათი 7-ის მარცხნიდან ჩანს, რომ სუბსტრატში ჟანგბადის შემცველობა ოდნავ გაიზრდება მორწყვის შემდეგ, იმ პირობით, რომ სუბსტრატის წყლის შეკავების უნარი მაღალია და ჰაერის შემცველობა ძალიან დაბალი. როგორც სურათი 7-ის მარჯვენა მხარეს არის ნაჩვენები, შედარებით უკეთესი განათების პირობებში, სუბსტრატში ჰაერის შემცველობა იზრდება წყლის შეწოვის გაზრდის გამო (იგივე მორწყვის დრო). მორწყვის ფარდობითი გავლენა სუბსტრატში ჟანგბადის შემცველობაზე გაცილებით ნაკლებია, ვიდრე სუბსტრატში წყლის შეკავების უნარი (ჰაერის შემცველობა).

განხილვა

ფაქტობრივი წარმოებისას, კულტურის ფესვთა გარემოში ჟანგბადის (ჰაერის) შემცველობა ადვილად შეუმჩნეველი რჩება, თუმცა ეს მნიშვნელოვანი ფაქტორია კულტურების ნორმალური ზრდისა და ფესვების ჯანსაღი განვითარების უზრუნველსაყოფად.

მოსავლის წარმოების დროს მაქსიმალური მოსავლის მისაღებად, ძალიან მნიშვნელოვანია ფესვთა სისტემის გარემოს მაქსიმალურად დაცვა საუკეთესო მდგომარეობაში. კვლევებმა აჩვენა, რომ O₂ფესვთა სისტემის გარემოში 4 მგ/ლ-ზე ნაკლები შემცველობა უარყოფითად იმოქმედებს მოსავლის ზრდაზე.₂ფესვთა გარემოში ჟანგბადის შემცველობაზე ძირითადად გავლენას ახდენს მორწყვა (მორწყვის რაოდენობა და სიხშირე), სუბსტრატის სტრუქტურა, სუბსტრატის წყლის შემცველობა, სათბურისა და სუბსტრატის ტემპერატურა და დარგვის სხვადასხვა ფორმა განსხვავებული იქნება. წყალმცენარეებსა და მიკროორგანიზმებს ასევე აქვთ გარკვეული კავშირი ჰიდროპონიკური კულტურების ფესვთა გარემოში ჟანგბადის შემცველობასთან. ჰიპოქსია არა მხოლოდ იწვევს მცენარეების შენელებულ განვითარებას, არამედ ზრდის ფესვის პათოგენების (პითიუმი, ფიტოფტოროზი, ფუზარიუმი) ზეწოლას ფესვების ზრდაზე.

სარწყავი სტრატეგია მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს O-ზე.₂სუბსტრატში წყლის შემცველობის შემცირება და ასევე დარგვის პროცესის უფრო კონტროლირებადი გზაა. ვარდის დარგვის ზოგიერთმა კვლევამ აჩვენა, რომ სუბსტრატში წყლის შემცველობის ნელა გაზრდა (დილით) უკეთეს ჟანგბადის მდგომარეობას უზრუნველყოფს. დაბალი წყლის შეკავების უნარის მქონე სუბსტრატში სუბსტრატს შეუძლია მაღალი ჟანგბადის შემცველობის შენარჩუნება და ამავდროულად, აუცილებელია სუბსტრატებს შორის წყლის შემცველობის სხვაობის თავიდან აცილება მორწყვის უფრო მაღალი სიხშირით და უფრო მოკლე ინტერვალით. რაც უფრო დაბალია სუბსტრატების წყლის შეკავების უნარი, მით უფრო დიდია სუბსტრატებს შორის სხვაობა. ტენიანი სუბსტრატი, მორწყვის უფრო დაბალი სიხშირე და უფრო ხანგრძლივი ინტერვალი უზრუნველყოფს ჰაერის მეტ ჩანაცვლებას და ჟანგბადის ხელსაყრელ პირობებს.

სუბსტრატის დრენაჟი კიდევ ერთი ფაქტორია, რომელიც დიდ გავლენას ახდენს განახლების სიჩქარესა და სუბსტრატში ჟანგბადის კონცენტრაციის გრადიენტზე, რაც დამოკიდებულია სუბსტრატის ტიპსა და წყლის შეკავების უნარზე. სარწყავი სითხე სუბსტრატის ძირში დიდხანს არ უნდა დარჩეს, არამედ სწრაფად უნდა გამოიღვაროს, რათა ახალი ჟანგბადით გამდიდრებულმა სარწყავმა წყალმა კვლავ მიაღწიოს სუბსტრატის ძირს. დრენაჟის სიჩქარეზე შეიძლება გავლენა იქონიოს რამდენიმე შედარებით მარტივმა ზომამ, როგორიცაა სუბსტრატის დახრილობა გრძივი და სიგანის მიმართულებით. რაც უფრო დიდია დახრილობა, მით უფრო სწრაფია დრენაჟის სიჩქარე. სხვადასხვა სუბსტრატს განსხვავებული ღიობები აქვს და გამოსასვლელების რაოდენობაც განსხვავებულია.

დასასრული

[ციტირების ინფორმაცია]

სიე იუანპეი. სათბურის კულტურების ფესვებში გარემოს ჟანგბადის შემცველობის გავლენა კულტურების ზრდაზე [J]. სოფლის მეურნეობის ინჟინერიის ტექნოლოგია, 2022,42(31):21-24.