Fotosintezė ir kvėpavimas yra du pagrindiniai augalų augimo procesai, kurie yra raktas į sveikus augalus ir kokybiškus pasėlius.
Fotosintezės metu fotosintezę vykdantys lapai ir kamieninės ląstelės naudoja saulės energiją, kad sujungtų anglies dioksidą (CO2) iš oro su vandeniu, kurį absorbuoja šaknų ląstelės, kad susidarytų cukrus gliukozės pavidalu. Ši gliukozė naudojama daugeliui medžiagų apykaitos procesų visose augalo dalyse, įskaitant celiuliozės ir krakmolo gamybą.
Gliukozė taip pat yra pagrindinis kuro šaltinis šaknų ląstelių kvėpavimui – procesui, kuris iš esmės yra atvirkštinis fotosintezei.
Kvėpavimo metu kvėpuojančios šaknų ląstelės degina gliukozę, perneštą iš lapų. Gliukozė paverčiama ląstelių energija (vadinama adenozino trifosfatu arba ATP) ir naudojama medžiagų apykaitos procesams, pirmiausia vandens ir maistinių medžiagų pasisavinimui, skatinti.
Be deguonies kvėpavimas nevyksta. Deguonis yra galutinis elektronų akceptorius. Aerobinis kvėpavimas reikalingas gliukozei paversti ATP.
Deguonis yra ribojantis veiksnys kokybiškiems pasėliams
Šaknies ląstelėms prieinamas deguonies kiekis yra susijęs su sveikų augalų augimo tempais ir pasėlių derliumi. Be pakankamo deguonies kiekio cukraus kiekis, kurį gali sudeginti šaknų ląstelės, ir vandens bei maistinių medžiagų, kurias jos gali pasisavinti, kiekis yra ribotas.
Sumažinus augalo vandens ir maistinių medžiagų pasisavinimo greitį, tiesiogiai ribojamas jo bendras augimo greitis ir vaisių derlius bei kokybė. Susilpnėję augalai yra jautresni ligoms ir mažiau atsparūs aplinkos poveikiui, pavyzdžiui, aukštai temperatūrai šiltesniais mėnesiais.
Šaknų zonos prisotinimas deguonimi yra įprasta šiltnamių praktika. Tai dar svarbiau esant šiltesniam klimatui, nes esant aukštesnei temperatūrai vandenyje yra mažiau ištirpusio deguonies (DO).
Be to, augintojai, pakartotinai naudojantys drėkinimo vandenį, turi pagerinti vandens kokybę po kiekvieno drėkinimo.
Lauko augalų auginimas ir vandens vėdinimas
Be šiltnamių augintojų, specializuotų lauko kultūrų augintojams taip pat naudingas aeruojamas drėkinimo vanduo.
Šulinių vandeniui ir rezervuarams, kuriuose yra šulinių vandens, dažnai trūksta deguonies, kad būtų išlaikyta augalų sveikata. Jei rezervuare yra organinių junginių, dažniausiai iš vėjo pustytų lapų ir sėklų, paukščių išmatų, ligų sukėlėjų ir dumblių, vandens biocheminis deguonies poreikis (BDS) bus didelis.
Tai reiškia, kad mikroorganizmams reikia daugiau ištirpusio deguonies, kad suskaidytų esančius organinius komponentus. Deguonies papildymo metodai yra labai svarbūs norint pasiekti priimtiną DO, siekiant sumažinti BDS ir skatinti augalų šaknų sveikatą.
Be to, naujas 2022 m. tyrimas patvirtina, kad didesnis dirvožemio deguonies kiekis (dėl superoksiduoto vandens valymo) skatina naudingą dirvožemio mikrobų veiklą, pvz., dirvožemio mineralizaciją ir maistinių medžiagų konversiją, o tai pagerina pasėlių derlių, vandens naudojimo efektyvumą ir dirvožemio derlingumą.
Nesvarbu, ar naudojamas vanduo, laikomas rezervuare, ar tiesiogiai iš šaltinio, daug deguonies turintis aukštos kokybės drėkinimo vanduo yra būtinas šaknų vystymuisi ir augalų augimui.
Deguonis ir ligos
Deguonis taip pat yra labai svarbus norint sumažinti ir slopinti tokias ligas kaip Pythium rūšys arba Phytophthora infekcijos. Itin didelis ištirpusio deguonies kiekis skatina naudingų mikroorganizmų, tokių kaip mikorizė, augimą ir slopina anaerobinius patogenus.
Jei ištirpusio deguonies kiekis šaknų zonoje yra mažas, tai gali turėti įtakos šaknų ir augalų morfologijai, medžiagų apykaitai ir augimui.
Šie nukrypimai neigiamai veikia augalų augimą ir daro juos jautresnius ligoms.
Deguonies prisotinimo technologijos
Dar visai neseniai augintojai galėjo rinktis iš kelių tradicinių vandens aeravimo būdų, tačiau šie metodai veikė gana prastai.
Difuzorių deguonies perdavimo efektyvumas yra 1-2%, o Venturi ir purškimo sistemų deguonies perdavimo efektyvumas yra maždaug 20-40%. Nors Venturi ir Misters turi didelį perdavimo greitį, jie yra neefektyvūs ir neekonomiški augintojams.
Kadangi vandens gebėjimas sulaikyti ištirpusį deguonį mažėja kylant temperatūrai, daugelis augintojų savo tradicinėse aeracijos sistemose naudoja vandens aušinimo sistemas. Aušinimo sistemos sunaudoja daug energijos ir žymiai padidina eksploatacines išlaidas, todėl sumažėja tvarumas ir ekonomiškumas, ypač didėjant energijos sąnaudoms.
Nanoburbulų technologija
Nanobubble technologija yra tvarus, ekonomiškas būdas padidinti ištirpusio deguonies kiekį šaknų zonoje iki optimalaus lygio. Moleaer patentuotos technologijos deguonies perdavimo greitis viršija 85%, todėl augintojai gali efektyviai padidinti ištirpusio deguonies kiekį naudojant mažiau išteklių.
Nanoburbulai taip pat yra įrodytas chemikalų nenaudojantis metodas veiksmingai dezinfekuoti vandenį ir drėkinimo linijas, užkirsti kelią vandens plintančioms šaknų ligoms ir bioplėvelės kaupimuisi. Šios naudos pagerina vandens kokybę, padidina augalų gyvybingumą ir sumažina priklausomybę nuo cheminių medžiagų.
Nanoburbulų superoksigenacija
Didesnis dujų perdavimo greitis leidžia nanoburbulų generatoriui greitai ir efektyviai padidinti ištirpusio deguonies kiekį. Augintojai gali nustatyti nanoburbulų generatorių, kad jis nukreiptų į ištirpusį deguonį, kad jų pasėliams būtų naudojamas optimalus deguonis. Moleaer technologija leidžia augintojams padidinti DO lygį šaknų zonoje bent 50–100 procentų, išlaikant pastovią koncentraciją net šiltame vandenyje.
Šiame lygyje šaknų ląstelės efektyviau įsisavina vandenį ir maistines medžiagas. Kai šaknų ląstelės sugeba pasisavinti kuo daugiau vandens ir maisto medžiagų, pasiekiamas maksimalus šaknų vystymasis, augalų augimas ir derlius.
Nanoburbuliukai taip pat mažina patogenus ir bioplėvelę
Be efektyvaus prisotinimo deguonimi, nanoburbulų technologija gamina nanoburbulus, pasižyminčius unikaliomis cheminėmis ir fizinėmis savybėmis. Dėl šių savybių nanoburbulai sumažina vandens patogenus ir bioplėvelę.
Nanoburbuliukai yra neutraliai plūduriuojantys, o tai reiškia, kad jie lieka pakibę skystyje, o ne kyla į paviršių ir sprogsta kaip didesni burbuliukai. Tekant drėkinimo vandeniui, nanoburbulai nuolat ir atsitiktinai juda per vandens sistemos dalis Brauno judesiu.
Juos traukia paviršiai, pavyzdžiui, drėkinimo vamzdžių sienelės, kur jie nusidėvi ir nuvalo bioplėvelę – matricą, kuri susidaro ant daugumos paviršių, kurie liečiasi su vandeniu. Bioplėvelėse kaupiasi patogenai ir gali užkimšti drėkinimo skleidėjus, kai jie kaupiasi.
Bioplėvelės sumažėjimas riboja patogenų plitimą ir pailgina drėkinimo sistemų tarnavimo laiką. Be to, augintojai gali sumažinti cheminių medžiagų naudojimą bioplėvelei pašalinti.
Nenaudojant cheminių medžiagų, nanoburbulai taip pat gali ištirpdyti bakterijų ląsteles ir oksiduoti patogenus vandenyje. Kai nanoburbulai susiduria su teršalais, jie sprogsta ir gamina reaktyviąsias deguonies rūšis (ROS). Reaktyviosios deguonies rūšys yra silpni oksidatoriai, tokie kaip vandenilio peroksidas arba chloras.
Kaip neseniai paaiškino Masačusetso universiteto ir Arizonos valstijos universiteto mokslininkai, „Nanoburbuliukų generuojamos ROS gali turėti didžiausią žadą vandens valymui, nes leidžia atsisakyti cheminių oksidantų (chloro, ozono), kurių apdorojimas yra brangus. pavojingi ir gaminti kenksmingus šalutinius produktus, tuo pačiu padedant pasiekti svarbius gydymo tikslus (pvz., sunaikinti organinius teršalus, patogenus, bioplėveles).
Augintojai, naudojantys nanoburbulų technologiją, kad sumažintų patogenus ir bioplėvelę
Augintojai pastebėjo, kad labai sumažėjo vandens patogenų, tokių kaip Pythium ir Phytophthora, nanoburbulais užpiltame drėkinimo vandenyje.
Nyderlandų mokslinių tyrimų organizacija „NovaCropControl“ atliko šiltnamio efektą sukeliančių pomidorų pasėlių, drėkinamų nanoburbulais užpiltu drėkinimo vandeniu, tyrimą. Jie pastebėjo, kad 80% sumažėjo Pythium, įprasto vandens patogeno, turinčio įtakos šaknų sveikatai, lygis.
Kitas tyrimas buvo atliktas Delphi institute Nyderlanduose ir nagrinėjo braškių pasėlius. Tyrėjai nustatė, kad Pythium kiekis sumažėjo 74%, Phytophthora ligos atvejai ir apskritai sveikesnė šaknų kokybė.