Вода и жизнь на Земле - Новиков Юрий Федорович
В тех случаях, когда вода вновь поступит в растение раньше, чем оно погибнет, то полного восстановления его тканей может не произойти. Такие растения становятся низкорослыми и дают низкий урожай.
У большинства растений существует чувствительный период к недостатку влаги, так называемый критический период, Для зерновых злаков наибольшая чувствительность к недостатку влаги наступает в период трубкования — колошения. Дефицит воды в критический период очень опасен, так как это может привести к снижению урожайности зерновых и других культурных растений.
Установить природу засухоустойчивости во многом помогли работы К. А. Тимирязева, который изложил новую для того времени точку зрения на испарение воды листьями. Он показал, что этот процесс неизбежен. Растения должны периодически открывать микроскопические отверстия в листьях, чтобы давать возможность углекислому газу проникать в клетки, а чтобы водный баланс сильно не нарушался, у растений имеются специальные приспособления для защиты от чрезмерного испарения и перегрева. Растения, обладающие высокой степенью засухоустойчивости, могут переносить значительный дефицит воды. Клетки таких растении не теряют способность проявлять многие важные жизненные процессы, в том числе и образование органических веществ.
Вода может быть поглощена растением в виде пара из атмосферного воздуха. Однако этот путь не имеет существенного значения в обеспечении растений водой, так как это не может спасти их от гибели в условиях почвенной засухи.
Растениям доступна гравитационная и капиллярная вода, и недоступна пленочная (гидроскопическая). Последняя, связанная с коллоидами почвы, может быть использована корнем лишь во время почвенной засухи, в том случае, если корневой волосок приходит с ней в непосредственный контакт. Гравитационная вода заполняет широкие промежутки между частицами почвы и под влиянием силы тяжести постепенно перемещается в ее нижние горизонты нисходящим током. Корни растений легко поглощают ее, пока она находится в зоне их распространения. Капиллярная вода заполняет тончайшие капилляры между частицами почвы, она не перемещается в нижние слои почвы под действием силы тяжести, являясь основным источником воды для растений. Источники воды в почве — атмосферные осадки, грунтовая вода, поливная вода.
Растения усваивают влагу из росы, которая впитывается через устьицы листьев внутрь растений. Таким способом растения дополняют недостаток воды, возникший в течение дня засушливого периода года. Образование росы в целом же оценивается как положительное явление в жизни растений — роса увлажняет не только растительный покров, но и почву. Часть влаги, образовавшейся от росы, всасывается и корнями растений. Случается, что роса служит единственным источником влаги. В некоторых районах земного шара, в частности в прибрежных пустынях Перу и Западной Африки, растения существуют за счет влаги туманов. Растительность в этих районах встречается в горах на высоте образования туманов (около 400 м). Следует отметить, что влага росы и туманов имеет большее значение для дикой растительности, чем для культурных растений.
В засушливых районах земного шара, особенно в пустынях, растения приспособлены к недостатку влаги. Испытывая дефицит влаги в верхних слоях, в погоню за ней устремляются и корни. Наибольшее распространение в пустыне имеют верблюжья колючка, саксаул и некоторые другие растения, у которых надземная часть во много раз меньше подземной. За счет незначительного роста надземной части растения меньше теряют воды на испарение, Корневая же система, чтобы достичь грунтовых вод, проникает на достаточно большие глубины. Длина корней верблюжьей колючки достигает 10–20 и более метров глубины. Саксаул развивает корневую систему до 20–30 м глубины, тогда как обычная высота растения составляет 2–2,5 м. На уровне водоносных слоев почвы корневая система ветвится густой сетью корешков.
Существуют еще индивидуальные особенности, благодаря которым растения по-разному реагируют на засуху. При одних и тех же условиях влажности почвы одни растения могут погибнуть, а другие спокойно существовать. Зависит это от развития корневой системы и сосущей силы клеток корня. Как правило, сосущая сила корней усиливается в сухую погоду и снижается при влажной. Растения, у которых корни имеют большую разветвленность, обладают хорошей сосущей силой. У многих дикорастущих растений корневые системы развиты значительно сильнее, чем у культурных.
Менее других подвержены засухе растения, корни которых идут в глубину по направлению водоносного слоя. Такими являются пустынные растения. Корневая система у таких растений разветвляется как в глубине — до нескольких метров, так и у поверхности — до 1 м. Поверхностная система корней поглощает влагу весной, когда почва достаточно увлажнена водой после дождей и растаявшего снега.
За счет слабого развития листьев растения в пустыне мало теряют воду путем испарения. Листья, превратившиеся в колючки есть у большинства кактусов и верблюжьей колючки, в виде шиловидных выростов они сохранились у некоторых опунций и белого саксаула и т. д. Для того чтобы меньше испарялась вода на поверхности листьев у медвежьего ушка развито густое мохнатое покрытие, а у других — камелии, фикуса, иглицы — имеется глянцевая поверхность стеблей и листьев, отражающая солнечные лучи и предохраняющая от перегрева. Для этих же целей у серебристого лоха развиты чешуйки. В пустыне некоторые растения, чтобы предохраниться от перегрева и сократить испарение воды, выделяют эфирные масла или кристаллы минеральных солей, способных преломлять солнечные лучи, покрывают поверхность листьев восковым налетом и смолистыми веществами.
Большую защитную роль играет расположение листьев. Чтобы сохранить влагу почвы, листья растений в дневное время располагаются параллельно почве, тогда как ночью поворачиваются к ней ребром. Алоэ, кактусы и многие другие растения накапливают влагу в стеблях, листьях и корнях.
Растения отдают воду во внешнюю среду через устьичный аппарат листьев. Вместе с тем многие растения в сухое время года, чтобы сохранить потери влаги, приспособились сбрасывать листья и даже целые побеги. К ним относятся саксаул, джузчун и др. Такие растения приспособлены жить в местах сухого климата. Они отличаются и по внешнему виду от тех растений, которые требуют для жизни достаточной влаги.
В целом же растения в процессе эволюционного развития приспособились к различным условиям водообеспечения. Вода для одних растений является не только необходимым продуктом, но и средой обитания. Растения влаголюбивые — гидрофиты (от греч. «гидро» — вода и «фитон» — растения) — растут полностью или частично погруженными в воду. Это водоросли и цветковые водные растения. К растениям, местом обитания которых являются умеренно увлажненные почвы, относятся большая группа мезофитов (от греч. «мезос» — средний): луговые травы типа клевера, злаки, большинство лесных трав, почти все лиственные деревья, многие полевые культуры (овес, рожь, картофель), овощные (капуста, укроп, салат), плодово-ягодные (яблоня, смородина и др.). При достаточной влаге почвы они приносят большой урожай зеленой массы и плодов. Эти растения плохо переносят как засуху, так и чрезмерное увеличение влаги.
Наиболее устойчивы к засухе растения ксерофиты (от греч. «ксерос» — сухое, приспособленные жить в местах сухого климата — степях, полупустынях и пустынях). Ксерофиты, в свою очередь, делятся на две группы. Среди них — большая группа суккуленты (в переводе с лат. — «сочный», «жирный», «толстый»). В стеблях и листьях суккулентов запасается вода. Этому способствует особое строение их клеток и тканей. Вода расходуется очень экономно. Устьиц на поверхности листьев мало и расположены они в ямках — бороздах, которые большей частью времени закрыты. Вследствие этого испарение воды происходит ограничено. Корни у суккулентов располагаются на поверхности почвы, поэтому пополнение воды идет после дождей. В тканях кактусов содержится до 95 % воды. Кактусы в Южной Америке высотой до 20 м способны накапливать до 1000 кг воды. Много кактусов в жарких сухих районах Мексики, Южной Африки и в Австралии, где периодически идут ливневые дожди.
