Fotosintesis dan respirasi adalah dua proses pertumbuhan tumbuhan utama yang merupakan kunci kepada tumbuhan yang sihat dan tanaman berkualiti.
Semasa fotosintesis, daun dan sel stem fotosintesis menggunakan tenaga matahari untuk menggabungkan karbon dioksida (CO2) dari udara dengan air yang diserap oleh sel akar untuk membuat gula dalam bentuk glukosa. Glukosa ini digunakan untuk banyak proses metabolik di semua bahagian tumbuhan, termasuk pengeluaran selulosa dan kanji.
Glukosa juga merupakan sumber bahan api utama untuk respirasi sel akar, satu proses yang pada asasnya adalah kebalikan fotosintesis.
Semasa respirasi, sel akar yang bernafas membakar glukosa yang diangkut dari daun. Glukosa ditukar kepada tenaga selular (dipanggil adenosin trifosfat, atau ATP) dan digunakan untuk memacu proses metabolik, terutamanya pengambilan air dan nutrien.
Tanpa oksigen, pernafasan tidak berlaku. Oksigen ialah penerima elektron terakhir. Respirasi aerobik diperlukan untuk menukar glukosa kepada ATP.
Oksigen adalah faktor penghad untuk tanaman berkualiti
Jumlah oksigen yang tersedia untuk sel akar adalah berkaitan dengan kadar pertumbuhan tumbuhan yang sihat dan hasil tanaman. Tanpa oksigen yang mencukupi, jumlah gula yang boleh dibakar oleh sel akar dan jumlah air serta nutrien yang boleh diserap adalah terhad.
Mengurangkan kadar pengambilan air dan nutrien oleh tumbuhan secara langsung mengehadkan kadar pertumbuhan keseluruhan dan hasil serta kualiti buahnya. Tumbuhan yang lemah lebih mudah terdedah kepada penyakit dan kurang berdaya tahan terhadap tekanan persekitaran, seperti suhu tinggi semasa bulan-bulan yang lebih panas.
Pengoksigenan zon akar adalah amalan biasa di rumah hijau. Ini adalah lebih penting dalam iklim yang lebih panas kerana terdapat kurang oksigen terlarut (DO) di dalam air pada suhu yang lebih tinggi.
Selain itu, penanam yang menggunakan semula air pengairan perlu meningkatkan kualiti air selepas setiap pengairan.
Penanaman Tanaman Luaran dan Pengudaraan Air
Selain penanam rumah hijau, penanam tanaman ladang khusus juga mendapat manfaat daripada pengudaraan air pengairan.
Air perigi-dan takungan yang mengandungi air perigi-selalunya kekurangan oksigen yang mencukupi untuk mengekalkan kesihatan tumbuhan. Sekiranya terdapat sebatian organik di dalam takungan, biasanya daripada daun dan biji yang diterbangkan angin, najis burung, patogen penyakit, dan alga, permintaan oksigen biokimia (BOD) air akan tinggi.
Ini bermakna mikroorganisma memerlukan lebih banyak oksigen terlarut untuk memecahkan komponen organik yang ada. Kaedah pengoksigenan adalah kunci untuk mencapai DO yang boleh diterima untuk mengurangkan BOD dan menggalakkan kesihatan akar tumbuhan.
Selain itu, kajian baharu 2022 mengesahkan bahawa paras oksigen tanah yang lebih tinggi (daripada rawatan air teroksida super) menggalakkan aktiviti mikrob tanah yang bermanfaat seperti mineralisasi tanah dan penukaran nutrien, yang meningkatkan hasil tanaman, kecekapan penggunaan air dan kesuburan tanah.
Sama ada menggunakan air yang disimpan dalam takungan atau terus dari sumber, air pengairan beroksigen tinggi dan berkualiti tinggi adalah penting untuk pembangunan akar dan pertumbuhan tumbuhan.
Oksigen dan Penyakit
Oksigen juga merupakan kunci untuk mengurangkan dan menyekat penyakit seperti spesies Pythium, atau jangkitan Phytophthora. Tahap oksigen terlarut yang sangat tinggi menggalakkan pertumbuhan mikroorganisma berfaedah seperti mikoriza dan menyekat patogen anaerobik.
Jika paras oksigen terlarut rendah di zon akar, ini boleh menjejaskan morfologi akar dan tumbuhan, metabolisme dan pertumbuhan.
Penyimpangan ini memberi kesan negatif kepada pertumbuhan tumbuhan dan menjadikannya lebih terdedah kepada penyakit.
Teknologi Oksigenasi
Sehingga baru-baru ini, penanam mempunyai beberapa kaedah pengudaraan air tradisional untuk dipilih, bagaimanapun, kaedah ini menunjukkan prestasi yang agak lemah.
Peresap mempunyai kecekapan pemindahan oksigen sebanyak 1-2% dan sistem venturi dan sparger mempunyai kecekapan pemindahan oksigen kira-kira 20-40%. Walaupun venturi dan misters mempunyai kadar pemindahan yang tinggi, mereka tidak cekap dan tidak ekonomik untuk penanam.
Oleh kerana keupayaan air untuk menahan oksigen terlarut berkurangan apabila suhu meningkat, banyak penanam menggunakan sistem penyejukan air dalam sistem pengudaraan tradisional mereka. Sistem penyejukan menggunakan banyak tenaga dan meningkatkan kos operasi dengan ketara, mengurangkan kemampanan dan ekonomi, terutamanya apabila kos tenaga terus meningkat.
Teknologi Buih Nano
Teknologi nanobubble ialah cara yang mampan dan menjimatkan kos untuk meningkatkan oksigen terlarut dalam zon akar ke tahap optimum. Teknologi Moleaer yang dipatenkan mempunyai kadar pemindahan oksigen melebihi 85%, membolehkan penanam meningkatkan oksigen terlarut dengan berkesan menggunakan sumber yang lebih sedikit.
Nanobubbles juga menyediakan kaedah bebas bahan kimia yang terbukti berkesan membasmi kuman air dan saluran pengairan, mencegah penyakit akar bawaan air dan pengumpulan biofilm. Faedah ini meningkatkan kualiti air, meningkatkan tenaga tumbuhan, dan mengurangkan pergantungan pada aplikasi kimia.
Superoksigenasi Buih Nano
Kadar pemindahan gas yang lebih tinggi membolehkan penjana nanobubble dengan cepat dan berkesan meningkatkan tahap oksigen terlarut. Penanam boleh menetapkan penjana gelembung nano untuk menyasarkan oksigen terlarut untuk penggunaan oksigen yang optimum untuk tanaman mereka. Teknologi Moleaer membolehkan penanam meningkatkan tahap DO dalam zon akar sekurang-kurangnya 50 hingga 100 peratus, mengekalkan kepekatan yang konsisten walaupun dalam air suam.
Pada tahap ini, sel akar lebih cekap menyerap air dan nutrien. Apabila sel akar dapat menyerap sebanyak mungkin air dan nutrien, perkembangan akar maksimum, pertumbuhan tumbuhan, dan hasil tanaman dicapai.
Buih nano juga mengurangkan patogen dan biofilm
Selain pengoksigenan yang cekap, teknologi nanobubble menghasilkan nanobubbles dengan sifat kimia dan fizikal yang unik. Melalui sifat ini, buih nano mengurangkan patogen bawaan air dan biofilm.
Nanobubbles secara neutral, bermakna ia kekal terampai dalam cecair dan bukannya naik ke permukaan dan pecah seperti buih yang lebih besar. Semasa air pengairan mengalir, gelembung nano sentiasa dan secara rawak dialihkan melalui bahagian sistem air melalui gerakan Brownian.
Mereka tertarik pada permukaan seperti dinding paip pengairan, di mana ia haus dan menyental biofilm, matriks yang terbentuk pada kebanyakan permukaan yang bersentuhan dengan air. Biofilm mengandungi patogen dan boleh menyumbat pemancar pengairan apabila ia terkumpul.
Pengurangan dalam biofilm mengehadkan penyebaran patogen dan memanjangkan hayat sistem pengairan. Selain itu, penanam dapat mengurangkan aplikasi kimia untuk penyingkiran biofilm.
Tanpa menggunakan bahan kimia, gelembung nano juga boleh melarutkan sel bakteria dan mengoksidakan patogen dalam air. Apabila gelembung nano menemui bahan cemar, ia pecah dan menghasilkan spesies oksigen reaktif (ROS). Spesies oksigen reaktif ialah pengoksidaan ringan, seperti hidrogen peroksida atau klorin.
Seperti yang dijelaskan oleh saintis di University of Massachusetts dan Arizona State University baru-baru ini, "ROS yang dihasilkan oleh Nanobubble mungkin memegang janji yang paling besar untuk rawatan air kerana ia membolehkan perpindahan daripada oksida berasaskan kimia (klorin, ozon) yang mahal untuk dirawat, berbahaya, dan menghasilkan produk sampingan yang berbahaya, sambil membantu mencapai matlamat rawatan yang penting (cth, pemusnahan bahan cemar organik, patogen, biofilm)."
Penanam Menggunakan Teknologi Buih Nano untuk Mengurangkan Patogen dan Biofilem
Penanam telah melihat pengurangan ketara dalam patogen bawaan air seperti Pythium dan Phytophthora dalam air pengairan yang diselitkan gelembung nano.
Organisasi penyelidikan Belanda NovaCropControl melakukan kajian tentang tanaman tomato rumah hijau yang diairi dengan air pengairan yang diselitkan gelembung nano. Mereka menyaksikan penurunan 80% dalam paras Pythium, patogen bawaan air biasa yang menjejaskan kesihatan akar.
Satu lagi kajian telah dijalankan di Institut Delphi di Belanda dan melihat tanaman strawberi. Para penyelidik mendapati pengurangan 74% dalam kiraan Pythium, penyakit Phytophthora yang lebih rendah dan kualiti akar yang lebih sihat secara keseluruhan.