Frontiers in Plant Science (Português)

Introdução

Sólido substrato de cultivo é comum em horticultura produção de culturas de todo o mundo, especialmente para frutado vegetais como o tomate e o pepino. Estima-se que cerca de 95% dos vegetais de efeito estufa são produzidos utilizando substratos sólidos na Europa, nos Estados Unidos e no Canadá (Grunert et al., 2016)., Tradicionalmente, o rockwool (RC) e a turfa são dois dos principais materiais comuns utilizados no cultivo de substrato sólido (Bunt, 1988; Sonneveld, 1993; Raviv e Lieth, 2008). RC é feito principalmente de diabase e calcário por fusão a alta temperatura (∼1600°C). Este material é geral adequado para cortar gowth devido à sua estrutura estável, alta capacidade de retenção de água e porosidade moderada (Sonneveld, 1993; Raviv e Se deitar, 2008). No entanto, uma vez que RC é um material inorgânico difícil de degradar, os resíduos RC são frequentemente armazenados ou depositados em aterros, resultando em potenciais riscos ambientais (Cheng et al.,, 2011).

além de RC, a turfa também é usada extensivamente como substrato de cultivo na horticultura devido às suas propriedades físico-químicas e biológicas desejáveis para o crescimento das plantas (Schmilewski, 2008; Krucker et al., 2010). Estima-se que cerca de 40 milhões de m3 de turfa é usado anualmente em todo o mundo na produção hortícola (Kuisma et al., 2014). Ao contrário da RC, a turfa é um material orgânico que pode ser facilmente reciclado e reutilizado (Gruda, 2012; Raviv, 2013)., No entanto, nos últimos anos, preocupações ambientais e ecológicas levantaram a demanda para reduzir o uso de turfa, porque sua colheita está destruindo os ecossistemas das zonas úmidas ameaçadas em todo o mundo (Steiner e Harttung, 2014).uma vez que tanto a RC como a turfa têm as suas próprias limitações, o coco coir (CC), um material ecológico com propriedades físico-químicas e biológicas estáveis, tem sido cada vez mais utilizado como substrato de cultivo na produção hortícola (Barrett et al., 2016)., CC é o resíduo de coco constituído pela poeira e fibras curtas e aproximadamente 12 milhões de tons são produzidos anualmente no mundo (Nichols, 2013). Devido às suas boas características de retenção de água e arejamento, o CC tornou-se gradualmente a alternativa mais potencial tanto para a RC como para a turfa no cultivo de substrato. Por conseguinte, é necessário e importante avaliar a eficiência do CC quando amplamente utilizado na produção vegetal.no cultivo do substrato, as culturas foram plantadas em um pequeno volume de meios de cultivo, resultando em nutrientes limitados e água para absorção de raízes., Por conseguinte, a gestão dos nutrientes minerais é um factor-chave que determina o rendimento e a qualidade nutricional das culturas vegetais durante o cultivo do substrato (Kader, 2008; Fallovo et al., 2009). De um modo geral, a retenção, o movimento e a disponibilidade de nutrientes minerais na zona da raiz estão relacionados com várias propriedades de um substrato, tais como a dimensão das partículas, as capacidades de retenção de água e nutrientes, a capacidade de troca de catiões e o teor de nutrientes (Ao et al., 2008; Urrestarazu et al., 2008; Carmona et al., 2012; Asaduzzaman et al., 2013)., Por conseguinte, para corresponder às necessidades nutricionais das culturas, o ajustamento dos teores de nutrientes minerais na solução de nutrientes fornecida deve ser considerado com base nas propriedades do substrato. CC, turfa e RC muitas vezes têm propriedades físico-químicas diferentes. Por exemplo, CC tem maior conteúdo de P, K, Na e Cl em comparação com turfa, e menor porosidade e capacidade de retenção de água em comparação com RC (Abad et al., 2002; Mazuela, 2005). Essas diferenças podem afetar a gestão de nutrientes durante o cultivo., Por isso, é necessário e importante avaliar os teores de nutrientes disponíveis na solução de zona-raiz de diferentes substratos.o tomate é uma das culturas vegetais economicamente mais importantes do mundo. Durante a produção de estufa, o tomate é produzido principalmente utilizando RC e turfa como substratos de cultivo. Embora o CC tenha sido cada vez mais utilizado como uma alternativa à RC e à turfa na produção de tomate com efeito de estufa, pouca informação está disponível sobre a diferença entre estes substratos na retenção, movimento e disponibilidade de nutrientes minerais na zona raiz., Os objetivos deste estudo foram investigar os efeitos de RC, turfa e CC na retenção e movimento de nutrientes na zona raiz, balanço de nutrientes, crescimento de plantas e qualidade de frutos do tomate, e explorar o principal fator que influencia o ajuste de nutrientes minerais na solução de nutrientes fornecida.o experimento foi realizado em uma estufa controlada pelo clima no centro de pesquisa vegetal de Pequim, Academia de Ciências Agrícolas e florestais de Pequim, de 11 de outubro de 2014 a 26 de Maio de 2015., A intensidade média da luz variou de 18,3 a 136,8 µmol m-2 s-1, e a temperatura média variou de 14,0 a 23,0°C, respectivamente.tomate (Lycopersicon esculentum Mill. Lucius F1) sementes foram semeadas em 1 de setembro de 2014 e transplantadas para cubos de substrato (10 cm × 10 cm) em 22 de setembro de 2014. Dezoito dias após a plantação no cubo de substrato, as culturas de tomate foram transplantadas para placas de substrato (100 cm × 20 cm × 7,5 cm) com espaçamento de 30 cm. A densidade de plantação foi de 2,4 culturas m-2.,os seguintes substratos, incluindo RC, CC e a mistura de turfa e vermiculite (v/v, 2:1) (PVC), foram utilizados como substratos de cultivo na experiência. A RC e a CC foram compradas ao Grodan Group e ao Jiffy Group nos Países Baixos, respectivamente. Tanto a turfa quanto a vermiculite foram compradas da Beijing Lide Agricultural s&T Development Company in China. As características seleccionadas dos diferentes substratos foram apresentadas no quadro 1., O experimento foi um projeto de bloco completamente aleatório com três replicados e cada replicado continha uma calha de cultivo (1000 cm × 32 cm × 10 cm). Para cada calha de cultivo, foram instaladas 10 placas de substrato.

tratamento de solução de nutrientes

a solução de nutrientes foi aplicada através de um sistema de irrigação gota a gota (caudal médio de 1, 5 L H-1) com um dipper por planta., A relação de drenagem foi mantida entre 20% e 50% em cada evento de irrigação. A frequência e o volume da irrigação eram os mesmos para todas as calhas de cultivo. Durante o primeiro período de 8 semanas, a solução de nutrientes foi fornecida duas vezes por dia (9:00 e 13:00) durante 20 minutos cada, o volume de irrigação foi de 1 L por planta. Durante o período de 25 semanas seguinte, a solução de nutrientes foi fornecida quatro vezes por dia.(9:00, 11:00, 13:00, e 15: 00) durante 20 minutos cada, o volume de irrigação foi de 2 L por planta. A cada 2 meses, o tanque de solução de nutrientes era lavado e a solução de nutrientes no tanque era descartada.,

solução de zona radicular e Análise de drenagem

a partir de 4 semanas após o transplante, a solução de zona radicular e a drenagem foram amostradas a cada 2 ou 3 semanas. A solução de zona-raiz (100 ml) foi recolhida com um extractor de solução-raiz instalado entre as culturas, enquanto a drenagem (100 ml) foi recolhida do reservatório de drenagem. As amostras foram armazenadas a 2 ° C até análise posterior. A CE e o pH foram medidos utilizando um multímetro (Multi 3420 SET C., WTW, Alemanha). NO3-foi assentado por um analisador contínuo (AA3, Seal, Alemanha)., K+, Ca2+, Mg2+, and H2PO4-were assayed by inductively coupled plasma spectrometry (ICPE-9000, Shimazu, Janpan). SO42-was assayed by inductively coupled plasma spectrometry (ICP-MS 7900, Agilent Technologies, Estados Unidos).

Análise de nutrientes das plantas

nas semanas 3, 6, 10, 16, 25, e 33 após transplantação, caules, folhas e frutos foram amostrados, lavados com água destilada, e depois secos em um forno ventilado a 75°C até massa constante. Foram analisados os teores de nutrientes nas folhas e nas amostras de frutos., O conteúdo de K, Ca, Mg e P foram analisadas após a digestão com H2SO4-HNO3-HClO4 (H2SO4:HNO3:HClO4 = 1 ml:5 ml:1 ml) por espectrometria de plasma acoplada indutivamente (ICPE-9000, Shimazu, Japão; ICP-MS 7900, a Agilent Technologies, Estados Unidos). O teor de N foi determinado após digestão com H2SO4-H2O2 por um analisador contínuo (AA3, Seal, Alemanha). O conteúdo de S foi determinado após digestão com HNO3 por espectrometria de plasma indutivamente acoplado (ICP-MS 7900, Agilent Technologies, Estados Unidos) (Zhou et al., 2000).,

Malondialdehyde, Antioxidantes, Enzimas e Fotossíntese em Folhas

No dia 207 após o transplante, o malondialdehyde (MDA), superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT) e peroxidase (POD) em folhas foram medidos conforme os métodos descritos em Gao (2006). Além disso, a taxa fotossintética (Pn), a condutância estomatal (Gs), a concentração intercelular de CO2 (Ci) e a taxa de evaporação (e) de uma folha totalmente desenvolvida foi também medida utilizando um sistema de fotossíntese LI-6400 portátil (LI-COR Inc., Lincoln, NE, Estados Unidos).,durante o período de maturação dos frutos, os frutos foram colhidos de 24 culturas para medir o peso individual dos frutos, o número de frutos e o rendimento fresco. O peso dos frutos individuais foi medido por meio de um balanço electrónico. No final da época de cultivo, o rendimento fresco de cada colheita foi somado como o rendimento total (Y). O número total de frutos e o número de frutos afectados pela podridão em flor (RB) foram determinados em cada colheita. O tecido preto no final da fruta é a incidência de RB. Além disso, 1.,Foram colhidas amostras de 5 kg de frutos maduros de cada calha de cultivo para medir sólidos solúveis, açúcares redutores, ácidos orgânicos e vitamina C (Li, 2010).o balanço de nutrientes foi calculado em diferentes cultivações de substrato. Ao preparar a solução de nutrientes frescos, as entradas de nutrientes foram registadas. A solução de nutrientes foi amostrada ao limpar o reservatório da solução de nutrientes. No final do ensaio, o substrato foi amostrado. Os teores de nutrientes foram analisados como métodos descritos em ” Discussion., O nutriente não creditado foi calculado da seguinte forma:

nutriente não creditado = nutriente entrada – nutriente absorção por culturas – n resíduos no substrato.

análise estatística

os dados foram submetidos a uma análise de variância (ANOVA) usando software SPSS 20.0 (pacote estatístico SPSS, Chicago, IL, Estados Unidos). A significância estatística dos resultados foi analisada pelo teste LSD no nível 0,05.,os resultados de

CE e pH na solução da zona raiz e drenagem

a CE, tanto na solução da zona raiz como na drenagem de todos os substratos, aumentaram gradualmente durante o primeiro período de 21 semanas após a transplantação e foram então mantidos em níveis relativamente estáveis durante as 9 semanas seguintes (Figura 1). Em geral, a CE na drenagem era inferior em PVC do que em RC e CC.

em contraste com a CE, o pH tanto na solução de zona-raiz como na drenagem de RC e CC diminuiu gradualmente durante o primeiro período de 14 semanas após a transplantação e manteve-se em níveis relativamente estáveis durante as 19 semanas seguintes., Em PVC, o pH diminuiu lentamente durante o primeiro período de 23 semanas após o transplante. Durante o período de crescimento, a flutuação do pH tanto na solução da zona radicular quanto na drenagem foram inferiores em PVC do que em RC e CC. Em termos gerais, o PVC mostrou um pH mais elevado em ambas as soluções de zona-raiz na maioria dos tempos de amostragem, mas um pH mais baixo na drenagem das semanas 6 a 16 após a transplantação.,as concentrações de K+ na solução da zona da raiz e na drenagem de todos os substratos aumentaram gradualmente durante o período de crescimento e foram geralmente inferiores em PVC do que em RC e CC (figura 2A). Além disso, o CC mostrou a concentração mais elevada de K+, tanto na solução da zona radicular como na drenagem, na maior parte dos tempos de amostragem., As concentrações de Ca2+ e Mg2+ tanto na solução da zona radicular como na drenagem aumentaram gradualmente durante o primeiro período de 23 semanas após a transplantação e foram então mantidas em níveis relativamente estáveis durante as 10 semanas seguintes (figura 2A). Em geral, o PVC mostrou uma concentração mais elevada de Ca2+ na solução da zona radicular durante semanas. 4, 6, 8, 18, 21, e 23 após o transplante, mas mostrou menor concentração de Mg2+ na drenagem das semanas 8 a 31 após o transplante, quando comparado com RC e CC.

As concentrações de NO3 e SO42 na solução de zona – raiz aumentaram gradualmente durante o período de crescimento e não foram influenciadas por substratos (figura 2B)., No entanto, a drenagem NO3 – e SO42 – foram significativamente influenciados por substratos. Entre os substratos, o RC mostrou maior no3 – e SO42 – na drenagem das semanas 16 a 21 após o transplante, enquanto o PVC mostrou menor no3 – e SO42-na drenagem das semanas 23 a 29 após o transplante. As concentrações de H2PO4-tanto na solução da zona radicular como na drenagem foram significativamente influenciadas por substratos e foram obviamente inferiores em PVC do que em RC e CC. Além disso, o CC mostrou o mais alto H2PO4 – tanto na solução da zona radicular como na drenagem, na maioria dos momentos de amostragem.,razões entre diferentes íons na solução da zona radicular

biomassa, concentração de nutrientes e absorção em culturas

substratos influenciaram a biomassa vegetal (Figura 3). Em geral, CC tinha a biomassa mais alta, enquanto RC tinha a mais baixa.

substratos não influenciaram estatisticamente as concentrações de N, K, Ca, Mg e S nos caules, folhas e frutos do tomate, mas influenciaram significativamente as concentrações de P (Figura 4). Em termos gerais, o PVC apresentou concentrações de P mais baixas nos caules, folhas e frutos em comparação com a RC e CC, e o CC mostrou concentrações de P mais elevadas nos caules em comparação com a RC.

substratos influenciaram significativamente a acumulação do nutriente N, P, K E S nas culturas (figura suplementar S2)., Em geral, todos os nutrientes apresentaram a maior acumulação nas culturas sob CC, mas a menor acumulação nas culturas sob RC.

o Balanço de Nutrientes de Diferentes Substrato Cultivos

Embora nenhuma diferença significativa foi encontrada na entrada de nutrientes entre diferentes substrato cultivos, diferentes substrato cultivares apresentaram diferenças significativas na absorção de nutrientes pelas culturas e de nutrientes de resíduos em substratos, resultando em diferenças óbvias no balanço de nutrientes (Tabela 2). O cultivo de CC geralmente mostrou a maior absorção de nutrientes pelas culturas, especialmente para P, K, E S., Além disso, o cultivo de CC também mostrou o maior resíduo de P no substrato. No entanto, os resíduos mais elevados no substrato de outros nutrientes (por exemplo, Ca, Mg E S) foram geralmente encontrados no cultivo de PVC. Devido a essas diferenças, CC geralmente mostrou o menor nutriente não creditado (o menor, o melhor), especialmente para N, P, E K. Além disso, o mais baixo Ca não creditado foi encontrado sob o cultivo de PVC, e tanto CC e PVC mostrou menor Mg não creditado E S em comparação com RC.

fotossíntese, malondialdeído e enzimas antioxidantes nas folhas

todos os parâmetros relacionados com a fotossíntese (Pn, Gs, Ci e E) foram significativamente mais elevados sob CC e PVC do que sob RC, e não foi encontrada diferença significativa entre CC e PVC (tabela suplementar S1). No entanto, não houve diferença significativa em MDA, SOD, POD e CAT entre todas as cultivações de substrato.,

rendimento, podridão em flor e qualidade dos frutos

o peso individual dos frutos era geralmente mais elevado em CC e PVC do que em RC, especialmente para as 6ª e 7ª trussas (Quadro 3). Não foi encontrada diferença significativa na média do peso individual dos frutos entre o CC e o PVC. No entanto, uma vez que a CC tinha um rendimento de frutos significativamente mais elevado nos 5.º, 7. º e 8. º trissos, o rendimento total de frutos era significativamente mais elevado em CC do que em PVC. Além disso, tanto o CC como o PVC tinham um rendimento total de frutos significativamente mais elevado do que o RC. = = Ligações externas = = ,, 1. º, 2. º, e 4.º–7. º), o BER não foi influenciado por substratos. No entanto, para a terceira e mais alta trusses (8–13), A RB foi significativamente maior sob RC e sob PVC. Os efeitos dos substratos sobre a qualidade dos frutos não eram, em geral, óbvios e, apenas para a primeira trança, foi encontrado um ácido orgânico significativamente mais elevado sob CC em comparação com RC e PVC (quadro suplementar S2).