Почему корни слабо поглощают воду из холодных почв
Обновлено: 07.07.2024
Поглощение воды и растворенных в ней питательных веществ является одной из наиболее важных и сложных функций корня.
Корни могут усваивать только жидкую воду, которая присутствует в почве в различных формах: гравитационную, капиллярную, пленочную и гигроскопическую, парообразную.
Вода удерживается в почве с различной силой. Водоудерживающая способность почвы зависит от наличия в ней коллоидных и осмотически активных веществ. Для того чтобы преодолеть водоудерживающие силы почвы, корни развивают в ней сосущую силу, которая должна превышать осмотическое давление почвенного раствора. Наиболее корнедоступной формой почвенной влаги является гравитационная и капиллярная вода. Труднодоступна для растений пленочная вода. Гигроскопическая вода удерживается почвой с силой 101 300 кПа (1000 атм), для растений она практически недоступна.
Различают пассивное и активное поглощение воды корнем. При пассивном поглощении силы, обеспечивающие поступление воды в ткани корня, формируются за счет дефицита воды в тканях растения и наличия ее в свободном состоянии в окружающей почвенной среде. В этом случае корни выполняют пассивную роль передачи воды из почвы в обезвоженные ткани растения.
Механизм пассивного поглощения воды объясняется транспирацией надземных частей растений в основном листьями и хвоей. При-этом капилляры сосудисто-волокнистых пучков ксилемы обеспечивают большую прочность на разрыв заключенных в них нитей воды. В результате транспирации в листьях и хвое создается дефицит диффузионного давления, что приводит к снижению давления воды в тканях ксилемы. Это снижение давления по законам единой гидростатической системы передается до самых тонких окончаний корней. Сила, поднимающая нити воды в ксилеме, бывает настолько велика, что в период наибольшей интенсивности транспирации, обычно приуроченной к летнему полдню, может наблюдаться уменьшение диаметра ствола до такой степени, что это свободно фиксируется более или менее точными измерительными приборами.
При относительно достаточном наличии воды в почве пассивное поглощение может осуществляться и через старые корни, причем в довольно больших количествах.
При активном поглощении воды силы, обеспечивающие этот процесс, формируются и развиваются в самом корне и проявляются в виде активной сосущей силы. Сосущая сила обеспечивает подачу воды в ткани корня не только при влажности почвы, превышающей влажность тканей растения, но даже тогда, когда степень увлажненности корня выше, чем относительная влажность почвы.
Наличие активного поглощения воды корнями подтверждается явлением корневого давления. Корневым давлением называется сила, которая поднимает воду вверх по сосудам. В результате корневого давления из живых пней или повреждений на стволе дерева может обильно выделяться пасока. Это явление широко используется при добыче сока березы, клена. Активно проявляется оно также весной у ореха, винограда, бука, граба, тополя, ели, лиственницы, сосны и других древесных пород и кустарников. В той или иной степени выделения пасоки свойственно всем древесным породам, однако величина его у различных пород различна. Например, у винограда оно несколько более, чем 1 атм, у березы 2,6 атм (соответственно 101,3 и 263,4 кПа). Эта величина изменяется на протяжении вегетационного периода, времени суток, в зависимости от температуры окружающей среды, состояния экологических и других факторов и коррелирует с интенсивностью поглощения воды корнями из почвенного субстрата.
Существенное влияние при этом имеют наличие и состояние воды в почве. При избытке увлажненности жизнедеятельность корней угнетается в результате недостатка кислорода, что вызывает снижение всасывающей активности корней. При слишком малом количестве почвенной влаги сосущей силы корней может быть недостаточно для того, чтобы преодолеть силы сцепления, удерживающие воду около почвенных частиц. Сосущая сила корней с уменьшением насыщенности почвы водой от полевой влагоемкости до влажности увядания увеличивается от 0,1 до 15 атм (соответственно 10,1 и 1519,5 кПа).
Фактором, уменьшающим интенсивность поглощения воды корнями, является высокая концентрация солей в почвенном растворе. Сильная задержка в росте растений в результате недостатка влаги проявляется, когда осмотическое давление почвенного раствора достигает уровня 2—3 атм (до 303,9 кПа). При этом даже если влажность почвы соответствует полевой влагоемкости, всасывание воды корнями может почти полностью прекратиться. Особенно отрицательно влияет наличие токсичных для молодых корней солей хлоридов и сульфатов.
При определенных условиях сосущая сила корней может стать значительно выше указанных величин. При интенсивной транспирации сосущая сила корней может увеличиться до 50 атм (5065 кПа) и более. Этот показатель имеет различные значения у различных древесных пород. У некоторых растений — аборигенов полупустынных и пустынных зон сосущая сила корней достигает 80—100 атм (8104—10 130 кПа).
Непосредственное влияние на интенсивность поглощения воды корнями имеет температура почвы. Низкие температуры значительно ее снижают. При этом на корни древесных пород — выходцев из северных широт отрицательное влияние низких температур проявляется несколько слабее.
Высокие температуры почвы также непосредственно снижают интенсивность всасывающей поверхности корней. Отрицательное влияние высоких температур почвы обычно проявляется через иссушение почвы, а также обусловленное этим повышение концентраций солей в почвенном растворе.
Для большинства растений оптимальной температурой, которой соответствуют наивысшие показатели корневого давления, является температура в пределах 15—30 °С. Снижение температуры до 12°С значительно снижает корневое давление, а повышение более 30 °С вызывает его скачкообразное увеличение с постепенным последующим снижением. При снижении температуры корневой системы до 0°С поступление воды в растения снижается настолько, что даже если надземная часть растения при этом находится при температуре 20—22 °С, то оно завядает. У древесных пород в отдельные вегетационные периоды это явление приводит к сбрасыванию осенью еще зеленых листьев, не поврежденных морозом.
Основным поставщиком воды в растительный организм являются тонкие сосущие корни, сосредоточенные в корневых мочках. В связи с этим все факторы, отрицательно влияющие на жизнедеятельность сосущих корней, вызывают нарушение влагоснабжения растений. Накопление определенного запаса воды в толстых корнях, стволе и ветвях деревьев в неблагоприятных ситуациях может служить своего рода биологическим буфером, позволяющим смягчить на некоторый период отрицательное воздействие чрезмерного дефицита влаги в почве или временную потерю части всасывающих корней.
В силу медленной миграции воды в почве отдельные участки в зоне расположения корневых мочек оказываются иссушенными в большей степени по сравнению с зонами, менее насыщенными корнями. В таких случаях продвижение осевых ростовых корней обеспечивает освоение корневой системой более увлажненных зон почвы.
При сильном иссушении почвы сосущая сила корней несколько увеличивается в результате повышения осмотического давления в клетках корня за счет накопления сахаров и аккумуляции солей.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Навески семян разных растений погрузили в воду. Через сутки масса семян кукурузы увеличилась на 30%, подсолнечника - на 83%, гороха – 110%. Как объяснить полученные результаты?
Ответ: белки наиболее гидрофильные вещества и играют главную роль в набухании семян, и следовательно горох наиболее богат белком чем кукуруза и подсолнечник.
Корни одинаковых сеянцев погружены в сосуды с растворами безвредных солей. Как будет происходить всасывание воды сеянцами, если осмотическое давление расnворов 0,1;0,3; 0,5 и 0,7МПа?
Ответ: при осмотическом давлении растворов 0,1;0,3 сеянцы будут всасывать воду; при давлении 0,5 осмотическое давление будет равно нулю; при давлении 0,7 вода будет уходить из клеток растения.
Растение пересажено в почву. Осмотическое давление почвенного раствора 0,2 МПа. В момент посадки осмотическое давление корневых волосков равнялось 0,9МПа , а тургорное давление- 0,8 МПа. Сможет ли это растение жить на данной почве ? объясните
Ответ: нет не сможет так как тургорное давление низкое
Почему корни слабо поглощают воду из холодных почв?
Ответ: Холодная почва уменьшает поглощение воды двумя путями: прямо - вследствие понижения проницаемости корней для воды, и косвенно, увеличивая вязкость воды, что замедляет ее передвижение как через почву, так и через корни.
Чем объясняется уменьшение интенсивности всасывания воды корнями при затоплении почвы?
Ответ: Затопление приводит не только к уменьшению количества О2, но и к увеличению концентрации СО2 в почве, который повреждает мембраны корневых волосков.
в металлическом сосуде с почвой вырастили растение. После того как растение хорошо развилось, полив прекратили, а поверхность почвы защитили от испарения. Когда у раcтения возникло устойчивое завядание, из сосуда взяли пробу почвы 5,16г и высушили при 100 градусах, после чего масса пробы стала равна 4,80г. Определить коэффициент завядания.
почему К . А. Тимирязев называл “транспирацию” неизбежным злом?
Ответ: Количество воды, испаряемой растением, во много раз превосходит объем содержащейся в нем воды
Происходит ли транспирация при закрытых устьицах и у безлистных побегов?
Ответ: перидермальная транспирация
У одного из листьев плюща смазали нижнюю сторону тонким слоем вазелина, после чего определили интенсивность транспирации, которая оказалась у обработанного листа в 10 раз меньше, чем у контрольного.
Ответ: большинство устьиц расположено на нижней стороне листа
Почему при увеличении тургора замыкающих клеток происходит открывание устьичных щелей?
Ответ: происходит при повышением или понижением осмотического давления внутри замыкающих клеток.
Концентрация ионов калия в замыкающих клетках устьиц возрастает на свету в 4-5 раз. Какова причина этого явления?
Ответ: АТФ, образованная в процессе фотосинтетического фосфорилирования в замыкающих клетках, используется для усиления поступления калия
Побег, взвешенный сразу после срезания, имел массу 10,26 г, а через 3 минуты 10,17 г. Площадь листьев побега равна 240 квадратным см. вычислить интенсивность транспирации
Ответ: расчитываем по формуле г//час. Где a контрольный вес листа, b вес листа через 3 минуты , t время экспозиции,S площадь листа.итак ответ 0,000125
Чему равен транспирационный коэффициент деревьев, испаривших за вегетационный период 2 т воды и накопивших за это время 10 кг сухого вещества?
транспирационный коэффициент равен 125мл/г. Найти продуктивность транспирации
как объяснить завядание листьев в жаркий летний день при достаточном количестве воды в почве и ликвидацию водного дефецита ночью?
Ответ: транспирация преобладает над насасыванием влаги
Растение было выдержано несколько часов в темноте, а затем выставлено на прямой солнечный свет. Как изменится при этом транспирация? почему?
Ответ: увеличится транспирация, начнётся фотосинтез
В одном из опытов Л.А.Иванова 20 летняя сосна была спилена 3 ноября, торец пня был тщательно смазан и закрыт клеёнкой, после чего периодически определяли влажность древесины пня, которая оказалась равной 3 ноября 60,2; 5 ноября 62,2: 9 ноября 63,7% . как объяснить полученные данные?
Ответ: влажность увеличилась за счёт насасывающей силы корней
У некоторых растений незадолго перед дождём появляются капли воды на кончиках листьев. Каковы причины этого явления?
Ответ: при высокой влажности воздуха, которая обычна перед дождем, испарение с поверхности листьев практически прекращается, и всю заботу об удалении избыточной воды берут на себя гидатоды
Как может подниматься вода у деревьев на большую высоту?
Ответ: с помощью когезии, адезии
Назовите характерные черты растений по экологическим группам по отношению к воде
Ответ: Пойкилогидрические — растения, у которых количество воды в тканях непостоянно и зависит от условий влажности среды. (Например, многие мхи, водоросли, папоротники)
Гомойогидрические — растения, которые способны поддерживать относительное постоянство воды в тканях и мало зависящие от влажности окружающей среды
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
В статье рассмотрены факторы, влиющие на поглощение и доступность воды деревьям из почвы. Всё то же применимо и к гидропонике, где "почвой" является субстрат (или аэрозоль в аэропонике), а "почвенным раствором" являются элементы питательного раствора.
Во влажной почве (субстрате) скорость поглощения воды контролируется в основном двумя факторами: интенсивностью транспирации, поскольку она в значительной степени определяет величину водного потенциала в ксилеме корня, и эффективностью деятельности корневых систем как поглощающих поверхностей. При высыхании почвы доступность воды начинает ограничиваться вследствие понижения водного потенциала и гидравлической проводимости. Аэрация и температура почвы (субстрата), концентрация и состав почвенного раствора (для гидропоники: концентрация питательного раствора играет значительную роль в поглощении воды растениями) также иногда ограничивают поглощеие воды.
ПОЧВЕННАЯ ВЛАГА. Скорость поглощения воды зависит от крутизны градиента водного потенциала от почвы до корней. При высыхании почвы вода становится все менее доступной, так как ее потенциал уменьшается, а сопротивление ее передвижению по направлению к корням повышается. То же верно и для субстратов: при высыхании увеличивается концентрация питательного раствора на поверхности корневых волосков, тем самым делая менее доступными растворённые в нём питательные вещества.
Легкодоступной водой часто считают ту, которая находится между полевой влагоемкостью и влажностью устойчивого завядания. Полевая влагоемкость - это содержание воды через несколько дней после того, как почва была увлажнена и нисходящее передвижение воды стало очень медленным. Влажность устойчивого завядания - это содержание воды, при котором растения остаются завядшими, пока почва не будет вновь увлажнена. Количество легкодоступной воды гораздо больше в почвах с мелким механическим составом, чем в грубозернистых почвах.
АЭРАЦИЯ ПОЧВЫ. Рост и физиологическая активность корней часто понижаются из-за недостатка кислорода. Наиболее резко это проявляется в затопленных почвах, однако хронический, но умеренный недостаток кислорода часто существует в тяжелых глинистых почвах, что ограничивает проникновение корней вглубь и, возможно, поглощение минеральных питательных веществ. Было даже высказано предположение, что плохая аэрация ограничивает заселение прерий древесными растениями. Затопление почвы водой обычно резко понижает ее поглощение, так как увеличивает сопротивление току воды в корни. Однако существуют большие различия между видами по их устойчивости к затоплению. Кипарис болотный и нисса водная растут неограниченно долго на затопленной почве, ивы буйно разрастаются на почве, насыщенной водой, многие виды выдерживают ежегодные периоды затопления, но некоторые виды, например дерен и тюльпанное дерево, быстро отмирают на насыщенной водой почве.
Недостаточная аэрация не только уменьшает поглощение воды и солей, но и понижает синтетическую активность корней. Имеются данные, свидетельствующие о том, что корни, по крайней мере некоторых видов, синтезируют цитокинины и гиббереллины. Установлено также, что такие азотистые органические вещества, как амиды и аминокислоты, синтезируются в корнях многих древесных растений, в том числе яблони и других видов розоцветных. Поэтому вероятно, что недостаточная аэрация и холодная почва могут вызывать ослабление роста побегов, уменьшая их снабжение регуляторами роста и органическими азотистыми соединениями, а также замедляя поглощение воды и солей.
Холодная почва уменьшает поглощение воды двумя путями: прямо - вследствие понижения проницаемости корней для воды, и косвенно, увеличивая вязкость воды, что замедляет ее передвижение как через почву, так и через корни. В результате совместного действия этих факторов сопротивление току воды через корни приблизительно удваивается при понижении температуры от 25 до 5°С. Относительно влияния высоких температур почвы на поглощение воды данные немногочисленны.
На скорость поступления воды в корни растения большое влияние оказывает температура, что можно проследить на следующем опыте. Растения табака, фасоли или тыквы выращивают в сосудах, затем обкладывают их льдом и ведут наблюдение. При снижении температуры почвы, т. е. среды для корневой системы, до 0°С и создании для надземной части растений комнатных условий они увядают. При охлаждении почвы поступление воды в корни замедляется настолько, что не покрывается расход ее во время испарения. В лабораторной практике с помощью прибора потометра можно наблюдать скорость поступления воды в корневую систему растений при различных условиях концентрации питательной смеси, pH раствора, температуры.
Исследования последних лет показали, что только у растений южного происхождения в действительности уменьшается поступление воды в корни при снижении температуры до 5°С и ниже. Озимые культуры (рожь, пшеница и др.) хорошо растут поздно осенью и рано весной даже при заморозках, достаточное поступление воды при этих условиях подтверждается сильной гуттацией. Таким образом, А. Шимпер сделал произвольное обобщение результатов своих опытов, сформулированное им в концепции о физиологической сухости холодных почв.
Основная причина неудовлетворительного роста и развития растений на холодных почвах заключается в трудности использования питательных веществ, прежде всего азота. Другим внешним фактором, влияющим на скорость поглощения воды растением, является кислород воздуха. На плотных и затопленных водой почвах, растения развиваются плохо и могут даже погибнуть. В Лесостепи и Полесье Украины часто микрорельеф полей характеризуется небольшими лощинами, которые называются блюдцами. Во время таяния снега и в осенний период они заполняются водой, что ухудшает аэрацию почвы. Растения, прорастающие в таких блюдцах, могут задохнуться не от избытка воды, а от недостатка кислорода.
Выращивать растения в воде можно при условии обеспечения корневой системы кислородом воздуха и питательными веществами (водные культуры). Снабжение растений кислородом в водных культурах достигается путем ежедневного продувания водной среды определенным количеством воздуха (до 10 л на 1 л воды). Только в этом случае растения могут расти нормально. В водных культурах в условиях недостаточной аэрации корневая система ослизняется, происходит процесс анаэробного распада тканей.
Таким образом, одним из внешних факторов, которые влияют на поглощение и нормальную жизнедеятельность организма, является снабжение корневой системы кислородом воздуха, создание нормальных условий для ее дыхания. Вода может поступать в растение не только через корневую систему, но и через листья. Обычно после дождя растения оказываются более свежими. При этом происходит поглощение воды листьями через слой кутикулы, вследствие чего тургесцентное состояние возрастает и ткани растения становятся более упругими.
Поглощение воды корнями растений зависит от влажности грунта. Если он отличается хорошей увлажненностью, то скорость поглощения зависит от двух факторов. Первый – интенсивность транспирации, поскольку именно от нее зависит водный потенциал в проводящих тканях корня. Второй – поглощающая способность поверхности корневой системы.
Когда грунт начинает пересыхать, то доступное количество влаги уменьшается. Причиной является понижение водного потенциала и гидравлической проводимости. Влияют на поглощение воды такие факторы как аэрация грунта, его температура, концентрация почвенного раствора и некоторые другие.
Скорость поглощения корнями воды в первую очередь зависит от такого показателя, как крутизна градиента водного потенциала от почвы к корням. Если в почве содержится меньше влаги, то она становится менее доступной, поскольку уменьшается ее потенциал, зато возрастает сопротивление движения к корням. Эта же характеристика верна и по отношению к прочим субстратам, на которых выращиваются растения. При уменьшении количества влаги на поверхности всасывающих корневых волосков повышается концентрация питательного раствора. Это препятствует также и поглощению питательных веществ, находящихся в растворе.
Понятие легкодоступная вода представляет собой количество влаги, которое находится в промежутке между полевой влагоемкостью почвы и влажностью устойчивого завядания. Полевая влагоемкость представляет собой содержание влаги в почве через несколько дней после ее увлажнения, когда движение воды вниз замедлилось. Влажность устойчивого завядания характеризуется таким содержанием влаги, при котором растения остаются завядшими, пока не будет выполнено увлажнение почвы. Стоит отметить, что в мелком грунте легкодоступной воды находится большее количество, чем в почвах с крупными элементами.
Корневая система часто страдает из-за недостатка кислорода. Она прекращает рост, снижает физиологическую активность. Чаще всего такую реакцию можно наблюдать на затопленных почвах, но нередко невыраженное кислородное голодание можно увидеть и на тяжелых глинистых почвах, проникновение кислорода в которые затруднено. При этом корни не растут вглубь, снижается активность минерального питания. Существует даже мнение, что прерии не заселяются древесными формами именно из-за плохой аэрации почвы.
Если грунт оказывается затоплен водой, то это резко уменьшает поглощение влаги . Объясняется это повышением сопротивления току воды. Но растения приспосабливаются к разным условиям и существуют огромные различия между разными видами. На затопленном грунте могут расти кипарис болотный, нисса водяная, если грунт просто сильно насыщен водой, то на нем хорошо растут ивы, ряд растений выдерживает регулярное затопление. Но существуют и противоположные по характеристикам виды, которые при затоплении быстро отмирают. К таким относятся тюльпанное дерево, а также дерен.
При недостаточной аэрации корневой системы снижается поступление воды, минеральных солей и уменьшается синтетическая активность . Некоторые виды растений в корнях синтезируют регуляторы роста: гиббереллины и цитокинины, а также аминокислоты и амиды Достоверно установлено, что подобные вещества синтезируются в корнях яблони. При переувлажнении или в случае холодной почвы побеги растут слабыми. Они страдают от недостатка воды, минеральных веществ и регуляторов роста.
Ряд авторов уверены, что температура почвы является существенным экологическим фактором, а холодная почва негативно влияет на растения. Так в почве с низкой температурой уменьшается доступность воды. Ограничения распространения лесов на горных склонах связывают, в том числе, и с данной причиной.
Как и в других случаях, данный экологический фактор по-разному влияет на разные виды растений. Козловский (1943) отметил, что при снижении температуры с 15 градусов до пяти сосна ладанная сильнее уменьшала поглощение воды, чем сосна веймутовая. Если сравнивать растения, обитающие в теплых и холодных климатических зонах, то можно отметить, что теплолюбивые растения при понижении температуры сильнее сокращают потребление воды, чем холодостойкие. Так цитрусовые хуже переносят охлаждения почвы, чем деревья из северных широт. Но наверняка и внутри этой группы имеются различия между видами.
Охлаждение почвы уменьшает поглощение воды двумя путями . Во-первых, снижается проницаемость поверхностей корней для воды. Во-вторых, при охлаждении повышается вязкость воды, в результате чего она медленнее движется через почву и корни. Два таких фактора при понижении температуры от 25 до 5 градусов удваивают уровень сопротивления току воды. Данных о влиянии высоких температур на водопоглощение относительно немного.
Протяженность корневых систем и эффективность их работы
На успешность поглощения растением воды и растворенных в ней минеральных солей удобрений влияет проницаемость корней, их протяженность и площадь контакта. Корневые системы многих деревьев имеют значительную протяженность. Они распространяются далеко за пределы пространства, очерченного кроной. Глубина проникновения ограничивается только наличием аэрации и особенностями структуры. Если рассматривать сомкнутые древостои, то можно отметить, что поверхностный слой почвы полностью заполнен корнями. Глубина такого слоя варьируется от тридцати сантиметров и до нескольких метров. Виганс (1936) отмечает, что восемнадцатилетние яблони, произраставшие в штате Небраска, на лессовидных почвах с хорошей аэрацией поглощали влагу с глубины в десять метров. Противоположные характеристики были у груш, которые росли в штате Орегон на наносно-глинистых почвах с плохой аэрацией. Примерно 90% их корневой системы располагалось в поверхностном слое почвы, толщина которого не превышала один метр. Коль (1937) при исследовании дубовых и сосновых лесов в Северной Каролине обнаружил, что примерно 90% корней находится в слое глубиной всего в 12, 5см. Количество корней в глубоких слоях почвы относительно невелико, но несмотря на это почва нередко пересыхает до стадии устойчивого завядания. Интересные данные о связи развития корней с особенностями поглощения воды и минеральных солей приводит Руссель (1973).
Существует два фактора, от которых зависит эффективность работы корней. Это размер контактной поверхности и проницаемость. Вполне очевидно, что наличие у корневой системы множества мелких корней и разветвлений увеличивает площадь контакта с грунтом и эффективность. Корневая система с небольшим количеством маловетвящихся крупных корней менее эффективна.
Микоризы, скорее всего, увеличивают способность к поглощению минеральных веществ , поскольку грибные гифы широко распространяются в почве. В результате появляется дополнительная поглощающая поверхность. Благодаря микоризе старые и уже одревесневшие корни продолжают поглощать минеральные вещества. Опередить роль гифов грибов в поглощении воды деревьями сложнее. Некоторые исследователи указывают, что присутствие микоризы делает сеянцы древесных растений более засухоустойчивыми. Кроме того, в процессе исследований установлено, что присутствие микоризы уменьшает сопротивление при движении воды. Как было отмечено выше, опробковевшие корни с низкой проницаемостью имели высокий уровень поглощения минеральных веществ и воды.
Читайте также: