ग्रीनहाउस बागवानी की कृषि इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकी, 13 जनवरी, 2023 को बीजिंग में शाम 5:30 बजे प्रकाशित हुई।

अधिकांश पोषक तत्वों का अवशोषण पौधों की जड़ों की चयापचय गतिविधियों से निकटता से संबंधित प्रक्रिया है। इन प्रक्रियाओं के लिए जड़ कोशिकाओं के श्वसन द्वारा उत्पन्न ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और जल अवशोषण भी तापमान और श्वसन द्वारा नियंत्रित होता है। श्वसन में ऑक्सीजन की भागीदारी आवश्यक है, इसलिए जड़ वातावरण में ऑक्सीजन का फसलों की सामान्य वृद्धि पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। जल में घुली ऑक्सीजन की मात्रा तापमान और लवणता से प्रभावित होती है, और आधार की संरचना जड़ वातावरण में वायु की मात्रा निर्धारित करती है। सिंचाई से विभिन्न जल सांद्रता वाले आधारों में ऑक्सीजन की मात्रा के नवीनीकरण और पूरकता में काफी अंतर आता है। जड़ वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा को अनुकूलित करने के लिए कई कारक हैं, लेकिन प्रत्येक कारक का प्रभाव अलग-अलग होता है। आधार की उचित जल धारण क्षमता (वायु सांद्रता) बनाए रखना जड़ वातावरण में उच्च ऑक्सीजन मात्रा बनाए रखने की पूर्व शर्त है।

विलयन में संतृप्त ऑक्सीजन की मात्रा पर तापमान और लवणता का प्रभाव

पानी में घुली ऑक्सीजन की मात्रा

पानी में घुली हुई ऑक्सीजन, अबंधित या मुक्त ऑक्सीजन में घुली होती है, और पानी में घुली हुई ऑक्सीजन की मात्रा एक निश्चित तापमान पर अधिकतम हो जाती है, जिसे संतृप्त ऑक्सीजन स्तर कहते हैं। पानी में संतृप्त ऑक्सीजन स्तर तापमान के साथ बदलता रहता है, और तापमान बढ़ने पर ऑक्सीजन स्तर घट जाता है। साफ पानी का संतृप्त ऑक्सीजन स्तर खारे समुद्री जल की तुलना में अधिक होता है (चित्र 1), इसलिए अलग-अलग सांद्रता वाले पोषक विलयनों का संतृप्त ऑक्सीजन स्तर भिन्न-भिन्न होगा।

मैट्रिक्स में ऑक्सीजन का परिवहन

ग्रीनहाउस में उगाई जाने वाली फसलों की जड़ों को पोषक घोल से जो ऑक्सीजन मिलती है, वह मुक्त अवस्था में होनी चाहिए। ऑक्सीजन जड़ों के आसपास की हवा और पानी के माध्यम से मिट्टी में स्थानांतरित होती है। जब किसी दिए गए तापमान पर हवा में ऑक्सीजन की मात्रा के साथ संतुलन में होती है, तो पानी में घुली ऑक्सीजन की मात्रा अधिकतम हो जाती है, और हवा में ऑक्सीजन की मात्रा में परिवर्तन से पानी में ऑक्सीजन की मात्रा में आनुपातिक परिवर्तन होता है।

जड़ों के वातावरण में हाइपोक्सिया तनाव का फसलों पर प्रभाव

जड़ में ऑक्सीजन की कमी के कारण

हाइड्रोपोनिक्स और सबस्ट्रेट कल्टीवेशन सिस्टम में गर्मियों में हाइपोक्सिया का खतरा अधिक होने के कई कारण हैं। सबसे पहले, तापमान बढ़ने के साथ पानी में संतृप्त ऑक्सीजन की मात्रा कम हो जाती है। दूसरे, जड़ों की वृद्धि के लिए आवश्यक ऑक्सीजन की मात्रा तापमान बढ़ने के साथ बढ़ जाती है। इसके अलावा, गर्मियों में पोषक तत्वों का अवशोषण अधिक होता है, इसलिए पोषक तत्वों के अवशोषण के लिए ऑक्सीजन की मांग भी अधिक होती है। इससे जड़ों के वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा कम हो जाती है और प्रभावी आपूर्ति नहीं हो पाती, जिसके परिणामस्वरूप जड़ों के वातावरण में हाइपोक्सिया हो जाता है।

अवशोषण और वृद्धि

अधिकांश आवश्यक पोषक तत्वों का अवशोषण जड़ चयापचय से संबंधित प्रक्रियाओं पर निर्भर करता है, जिसके लिए जड़ कोशिकाओं के श्वसन से उत्पन्न ऊर्जा की आवश्यकता होती है, अर्थात् ऑक्सीजन की उपस्थिति में प्रकाश संश्लेषित उत्पादों का अपघटन। अध्ययनों से पता चला है कि टमाटर के पौधों के कुल आत्मसात का 10% से 20% जड़ों में उपयोग होता है, जिसमें से 50% पोषक आयनों के अवशोषण के लिए, 40% वृद्धि के लिए और केवल 10% रखरखाव के लिए उपयोग होता है। जड़ों को अपने आस-पास के वातावरण में ऑक्सीजन प्राप्त करनी होती है, जहाँ वे CO2 छोड़ती हैं।₂सब्सट्रेट और हाइड्रोपोनिक्स में खराब वेंटिलेशन के कारण उत्पन्न अवायवीय परिस्थितियों में, हाइपोक्सिया पानी और पोषक तत्वों के अवशोषण को प्रभावित करेगा। हाइपोक्सिया पोषक तत्वों, विशेष रूप से नाइट्रेट (NO₃) के सक्रिय अवशोषण पर तीव्र प्रतिक्रिया देता है।₃^-पोटेशियम (K) और फॉस्फेट (PO)₄^3-), जिससे कैल्शियम (Ca) और मैग्नीशियम (Mg) के निष्क्रिय अवशोषण में बाधा उत्पन्न होगी।

पौधे की जड़ों के विकास के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जड़ों की सामान्य गतिविधि के लिए ऑक्सीजन की न्यूनतम सांद्रता आवश्यक होती है, और COP मान से नीचे ऑक्सीजन की सांद्रता जड़ कोशिकाओं के चयापचय को सीमित करने वाला कारक बन जाती है (हाइपोक्सिया)। ऑक्सीजन का स्तर कम होने पर विकास धीमा हो जाता है या रुक भी जाता है। यदि आंशिक जड़ हाइपोक्सिया केवल शाखाओं और पत्तियों को प्रभावित करता है, तो जड़ तंत्र स्थानीय अवशोषण बढ़ाकर जड़ तंत्र के उस हिस्से की भरपाई कर सकता है जो किसी कारण से निष्क्रिय हो गया है।

पौधों की चयापचय क्रियाविधि इलेक्ट्रॉन ग्रहणकर्ता के रूप में ऑक्सीजन पर निर्भर करती है। ऑक्सीजन के बिना एटीपी का उत्पादन रुक जाएगा। एटीपी के बिना जड़ों से प्रोटॉन का बहिर्वाह रुक जाएगा, जड़ कोशिकाओं का रस अम्लीय हो जाएगा और ये कोशिकाएं कुछ ही घंटों में मर जाएंगी। अल्पकालिक और अस्थायी ऑक्सीजन की कमी पौधों में अपरिवर्तनीय पोषण संबंधी तनाव उत्पन्न नहीं करती है। "नाइट्रेट श्वसन" क्रियाविधि के कारण, यह जड़ में ऑक्सीजन की कमी के दौरान ऑक्सीजन की कमी से निपटने के लिए एक अल्पकालिक अनुकूलन हो सकता है। हालांकि, दीर्घकालिक ऑक्सीजन की कमी से विकास धीमा हो जाएगा, पत्तों का क्षेत्रफल घट जाएगा और ताजे और सूखे वजन में कमी आएगी, जिससे फसल की पैदावार में काफी गिरावट आएगी।

ईथीलीन

अत्यधिक तनाव की स्थिति में पौधे अपने मूल स्थान पर ही एथिलीन का निर्माण करते हैं। सामान्यतः, एथिलीन जड़ों से निकलकर मिट्टी की हवा में घुल जाता है। जलभराव होने पर एथिलीन का निर्माण न केवल बढ़ जाता है, बल्कि जड़ों के चारों ओर पानी होने के कारण इसका फैलाव भी काफी कम हो जाता है। एथिलीन की सांद्रता बढ़ने से जड़ों में वायु संचार ऊतक (चित्र 2) का निर्माण होता है। एथिलीन पत्तियों के जीर्ण होने का कारण भी बन सकता है, और एथिलीन तथा ऑक्सिन की परस्पर क्रिया से अपस्थानिक जड़ों का निर्माण बढ़ जाता है।

ऑक्सीजन की कमी से पत्तियों की वृद्धि कम हो जाती है

विभिन्न पर्यावरणीय तनावों से निपटने के लिए जड़ों और पत्तियों में ABA का उत्पादन होता है। जड़ के वातावरण में, तनाव के प्रति सामान्य प्रतिक्रिया स्टोमेटा का बंद होना है, जिसमें ABA का निर्माण शामिल होता है। स्टोमेटा बंद होने से पहले, पौधे के ऊपरी भाग का दबाव कम हो जाता है, ऊपरी पत्तियां मुरझा जाती हैं, और प्रकाश संश्लेषण की क्षमता भी घट सकती है। कई अध्ययनों से पता चला है कि एपोप्लास्ट में ABA की सांद्रता बढ़ने पर स्टोमेटा बंद हो जाते हैं, यानी गैर-पत्तियों में कुल ABA की मात्रा को कम करने के लिए वे इंट्रासेलुलर ABA छोड़ते हैं। पौधे एपोप्लास्ट ABA की सांद्रता को बहुत तेजी से बढ़ा सकते हैं। जब पौधे पर्यावरणीय तनाव में होते हैं, तो वे कोशिकाओं में ABA छोड़ना शुरू कर देते हैं, और जड़ से निकलने वाला संकेत घंटों के बजाय मिनटों में प्रसारित हो सकता है। पत्ती के ऊतकों में ABA की वृद्धि कोशिका भित्ति की लंबाई को कम कर सकती है और पत्ती की लंबाई में कमी ला सकती है। हाइपोक्सिया का एक अन्य प्रभाव यह है कि पत्तियों का जीवनकाल छोटा हो जाता है, जो सभी पत्तियों को प्रभावित करता है। हाइपोक्सिया आमतौर पर साइटोकिनिन और नाइट्रेट परिवहन में कमी का कारण बनता है। नाइट्रोजन या साइटोकिनिन की कमी से पत्तों के क्षेत्रफल के बने रहने का समय कम हो जाएगा और कुछ ही दिनों में शाखाओं और पत्तियों की वृद्धि रुक ​​जाएगी।

फसल की जड़ प्रणाली के ऑक्सीजन वातावरण को अनुकूल बनाना

मिट्टी की विशेषताएं जल और ऑक्सीजन के वितरण में निर्णायक भूमिका निभाती हैं। ग्रीनहाउस सब्जियों की जड़ों में ऑक्सीजन की सांद्रता मुख्य रूप से मिट्टी की जल धारण क्षमता, सिंचाई (मात्रा और आवृत्ति), मिट्टी की संरचना और मिट्टी की परत के तापमान से संबंधित होती है। जड़ों की गतिविधि को सर्वोत्तम स्थिति में तभी बनाए रखा जा सकता है जब जड़ों में ऑक्सीजन की मात्रा कम से कम 10% (4~5 मिलीग्राम/लीटर) से अधिक हो।

पौधों की वृद्धि और रोग प्रतिरोधक क्षमता के लिए जड़ तंत्र अत्यंत महत्वपूर्ण है। जड़ तंत्र आवश्यकतानुसार जल और पोषक तत्वों का अवशोषण करता है। हालांकि, जड़ के वातावरण में ऑक्सीजन का स्तर पोषक तत्वों और जल के अवशोषण की क्षमता और जड़ तंत्र की गुणवत्ता को काफी हद तक निर्धारित करता है। जड़ तंत्र में पर्याप्त ऑक्सीजन का स्तर जड़ तंत्र के स्वास्थ्य को सुनिश्चित करता है, जिससे पौधों में रोगजनक सूक्ष्मजीवों के प्रति बेहतर प्रतिरोधक क्षमता विकसित होती है (चित्र 3)। सब्सट्रेट में पर्याप्त ऑक्सीजन का स्तर अवायवीय परिस्थितियों के जोखिम को भी कम करता है, जिससे रोगजनक सूक्ष्मजीवों का खतरा कम हो जाता है।

जड़ के वातावरण में ऑक्सीजन की खपत

फसलों की अधिकतम ऑक्सीजन खपत 40 मिलीग्राम/वर्ग मीटर/घंटा तक हो सकती है (खपत फसलों पर निर्भर करती है)। तापमान के आधार पर, सिंचाई के पानी में 7 से 8 मिलीग्राम/लीटर तक ऑक्सीजन हो सकती है (चित्र 4)। 40 मिलीग्राम की ऑक्सीजन खपत तक पहुँचने के लिए, ऑक्सीजन की मांग को पूरा करने के लिए प्रति घंटे 5 लीटर पानी देना आवश्यक है, लेकिन वास्तव में, एक दिन में सिंचाई की यह मात्रा पूरी नहीं हो पाती है। इसका अर्थ है कि सिंचाई द्वारा प्रदान की गई ऑक्सीजन की भूमिका बहुत कम है। अधिकांश ऑक्सीजन मिट्टी में मौजूद छिद्रों के माध्यम से जड़ क्षेत्र तक पहुँचती है, और दिन के समय के आधार पर, छिद्रों के माध्यम से ऑक्सीजन आपूर्ति का योगदान 90% तक हो सकता है। जब पौधों का वाष्पीकरण अधिकतम होता है, तो सिंचाई की मात्रा भी अधिकतम हो जाती है, जो 1 से 1.5 लीटर/वर्ग मीटर/घंटा के बराबर होती है। यदि सिंचाई के पानी में 7 मिलीग्राम/लीटर ऑक्सीजन है, तो यह जड़ क्षेत्र को 7 से 11 मिलीग्राम/वर्ग मीटर/घंटा ऑक्सीजन प्रदान करेगी। यह मांग का 17% से 25% के बराबर है। बेशक, यह केवल उसी स्थिति में लागू होता है जब सब्सट्रेट में ऑक्सीजन की कमी वाले सिंचाई के पानी को ताजे सिंचाई के पानी से बदल दिया जाता है।

जड़ों द्वारा ऑक्सीजन के उपभोग के अलावा, जड़ों के वातावरण में मौजूद सूक्ष्मजीव भी ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं। इस संबंध में कोई माप न होने के कारण इसका सटीक मात्रात्मक आकलन करना कठिन है। चूंकि हर साल नई मिट्टी डाली जाती है, इसलिए यह माना जा सकता है कि ऑक्सीजन के उपभोग में सूक्ष्मजीवों की भूमिका अपेक्षाकृत कम होती है।

जड़ों के लिए पर्यावरणीय तापमान को अनुकूलित करें

जड़ तंत्र के सामान्य विकास और कार्य के लिए पर्यावरणीय तापमान बहुत महत्वपूर्ण है, और यह जड़ तंत्र द्वारा पानी और पोषक तत्वों के अवशोषण को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक भी है।

मिट्टी का तापमान बहुत कम होने से (जड़ों का तापमान) जल अवशोषण में कठिनाई हो सकती है। 5°C पर अवशोषण 20°C की तुलना में 70% से 80% कम होता है। यदि मिट्टी का तापमान कम होने के साथ-साथ तापमान अधिक हो, तो पौधे मुरझा सकते हैं। आयनों का अवशोषण स्पष्ट रूप से तापमान पर निर्भर करता है, जो कम तापमान पर आयनों के अवशोषण को बाधित करता है, और विभिन्न पोषक तत्वों की तापमान के प्रति संवेदनशीलता भिन्न होती है।

मिट्टी का अत्यधिक तापमान भी नुकसानदायक होता है और इससे जड़ तंत्र बहुत बड़ा हो सकता है। दूसरे शब्दों में, पौधों में शुष्क पदार्थ का वितरण असंतुलित हो जाता है। जड़ तंत्र के बहुत बड़े होने के कारण श्वसन के माध्यम से अनावश्यक ऊर्जा हानि होती है, और इस खोई हुई ऊर्जा का उपयोग पौधे की फसल के लिए किया जा सकता था। मिट्टी के उच्च तापमान पर, घुलित ऑक्सीजन की मात्रा कम होती है, जिसका जड़ों के वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा पर सूक्ष्मजीवों द्वारा खपत की गई ऑक्सीजन की तुलना में कहीं अधिक प्रभाव पड़ता है। जड़ तंत्र बहुत अधिक ऑक्सीजन की खपत करता है, और खराब मिट्टी या मिट्टी की संरचना के मामले में हाइपोक्सिया (ऑक्सीजन की कमी) का कारण भी बन सकता है, जिससे पानी और आयनों का अवशोषण कम हो जाता है।

मैट्रिक्स की उचित जल धारण क्षमता बनाए रखें।

मैट्रिक्स में जल की मात्रा और ऑक्सीजन की प्रतिशत मात्रा के बीच नकारात्मक सहसंबंध है। जल की मात्रा बढ़ने पर ऑक्सीजन की मात्रा घटती है, और इसके विपरीत भी होता है। मैट्रिक्स में जल की मात्रा और ऑक्सीजन के बीच एक महत्वपूर्ण सीमा होती है, यानी 80% से 85% जल की मात्रा (चित्र 5)। सब्सट्रेट में 85% से अधिक जल की मात्रा को लंबे समय तक बनाए रखने से ऑक्सीजन की आपूर्ति प्रभावित होगी। ऑक्सीजन की अधिकांश आपूर्ति (75% से 90%) मैट्रिक्स के छिद्रों के माध्यम से होती है।

सब्सट्रेट में ऑक्सीजन की मात्रा बढ़ाने के लिए सिंचाई की पूरकता

अधिक सूर्यप्रकाश से ऑक्सीजन की खपत बढ़ेगी और जड़ों में ऑक्सीजन की सांद्रता कम होगी (चित्र 6), और अधिक शर्करा के कारण रात में ऑक्सीजन की खपत और भी बढ़ जाएगी। वाष्पोत्सर्जन प्रबल होता है, जल अवशोषण अधिक होता है, और सब्सट्रेट में हवा और ऑक्सीजन की मात्रा अधिक होती है। चित्र 7 के बाईं ओर से देखा जा सकता है कि सब्सट्रेट की जल धारण क्षमता अधिक और हवा की मात्रा बहुत कम होने की स्थिति में सिंचाई के बाद सब्सट्रेट में ऑक्सीजन की मात्रा थोड़ी बढ़ जाती है। चित्र 7 के दाईं ओर दिखाए गए अनुसार, अपेक्षाकृत बेहतर प्रकाश की स्थिति में, अधिक जल अवशोषण के कारण सब्सट्रेट में हवा की मात्रा बढ़ जाती है (सिंचाई का समय समान रहने पर)। सब्सट्रेट में ऑक्सीजन की मात्रा पर सिंचाई का सापेक्षिक प्रभाव सब्सट्रेट की जल धारण क्षमता (हवा की मात्रा) की तुलना में बहुत कम होता है।

चर्चा करना

वास्तविक उत्पादन में, फसल की जड़ों के वातावरण में ऑक्सीजन (हवा) की मात्रा को अक्सर नजरअंदाज कर दिया जाता है, लेकिन यह फसलों की सामान्य वृद्धि और जड़ों के स्वस्थ विकास को सुनिश्चित करने के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है।

फसल उत्पादन के दौरान अधिकतम उपज प्राप्त करने के लिए, जड़ प्रणाली के वातावरण को यथासंभव सर्वोत्तम स्थिति में संरक्षित करना अत्यंत महत्वपूर्ण है। अध्ययनों से पता चला है कि₂जड़ तंत्र के वातावरण में 4 मिलीग्राम/लीटर से कम मात्रा में ऑक्सीजन की मात्रा फसल की वृद्धि पर नकारात्मक प्रभाव डालेगी।₂जड़ों के वातावरण में मौजूद पोषक तत्व मुख्य रूप से सिंचाई (सिंचाई की मात्रा और आवृत्ति), मिट्टी की संरचना, मिट्टी में पानी की मात्रा, ग्रीनहाउस और मिट्टी के तापमान से प्रभावित होते हैं, और विभिन्न रोपण पद्धतियों में भी ये तत्व भिन्न-भिन्न होते हैं। शैवाल और सूक्ष्मजीवों का भी हाइड्रोपोनिक फसलों की जड़ों के वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा से एक निश्चित संबंध होता है। ऑक्सीजन की कमी न केवल पौधों के विकास को धीमा करती है, बल्कि जड़ों के रोगजनकों (पाइथियम, फाइटोफ्थोरा, फ्यूजेरियम) के कारण जड़ों की वृद्धि पर पड़ने वाले दबाव को भी बढ़ाती है।

सिंचाई रणनीति का ऑक्सीजन स्तर पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।₂मिट्टी में पानी की मात्रा को नियंत्रित करना महत्वपूर्ण है, और यह रोपण प्रक्रिया में अधिक नियंत्रणीय तरीका भी है। गुलाब रोपण संबंधी कुछ अध्ययनों में पाया गया है कि मिट्टी में पानी की मात्रा को धीरे-धीरे बढ़ाने से (सुबह के समय) ऑक्सीजन की बेहतर स्थिति प्राप्त की जा सकती है। कम जल धारण क्षमता वाली मिट्टी में ऑक्सीजन की मात्रा अधिक बनी रहती है, और साथ ही, अधिक बार सिंचाई करके और अंतराल कम करके मिट्टी में पानी की मात्रा के अंतर को कम करना आवश्यक है। मिट्टी की जल धारण क्षमता जितनी कम होगी, मिट्टी में पानी का अंतर उतना ही अधिक होगा। नम मिट्टी, कम बार सिंचाई और अधिक अंतराल से हवा का बेहतर संचार और ऑक्सीजन के अनुकूल परिस्थितियाँ सुनिश्चित होती हैं।

मिट्टी की जल निकासी एक अन्य कारक है जो मिट्टी के नवीनीकरण की दर और उसमें ऑक्सीजन की सांद्रता के स्तर पर बहुत प्रभाव डालती है, यह मिट्टी के प्रकार और जल धारण क्षमता पर निर्भर करता है। सिंचाई का पानी मिट्टी की तलहटी में बहुत देर तक नहीं रुकना चाहिए, बल्कि उसे जल्दी से निकाल देना चाहिए ताकि ऑक्सीजन से भरपूर ताजा सिंचाई का पानी फिर से मिट्टी की तलहटी तक पहुंच सके। जल निकासी की गति को कुछ अपेक्षाकृत सरल उपायों से प्रभावित किया जा सकता है, जैसे कि मिट्टी की अनुदैर्ध्य और चौड़ाई में ढलान। ढलान जितनी अधिक होगी, जल निकासी की गति उतनी ही तेज होगी। विभिन्न मिट्टी की तलहटियों में अलग-अलग छिद्र होते हैं और निकास की संख्या भी भिन्न होती है।

अंत

[उद्धरण जानकारी]

ज़ी युआनपेई। ग्रीनहाउस फसल की जड़ों में पर्यावरणीय ऑक्सीजन सामग्री का फसल वृद्धि पर प्रभाव [जे]। कृषि इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकी, 2022,42(31):21-24।