Как питаются растения из воздуха. Углекислотные удобрения и урожай.
Эти две системы питания в растениях работают синхронно, комплексно и разделить их на две самостоятельные невозможно. Однако у каждой из них есть свои особенности и своя специализация. Воздух для растений должен быть не только чистым, но и вкусным. Через листья растения усваивают солнечную энергию и поглощают углерод и кислород в виде углекислого газа — СО2, плюс небольшое количество минеральных элементов питания. Чем больше в воздухе углекислого газа, тем выше урожай. Через корни, наоборот, больше поглощается воды и элементов минерального питания (N, P, K, Ca, Mg, S, микроэлементы и др.), плюс небольшое количество и углекислого газа.
Воздушное питание — весьма сложный процесс. Сначала на свету (световая фаза) зеленый пигмент листьев, хлорофилл, поглощает кванты световой энергии солнца, под влиянием которых происходит деформация в его молекуле двойных связей с перемещением электронов и появлением двух свободных валентностей. Возникает активная форма хлорофилла. При взаимодействии этого хлорофилла с двумя молекулами воды, от которой отнимаются два атома водорода, выделяется в атмосферу кислород. В этом проявляется одно из основных величественных значений зеленой растительности — обогащение ею воздуха нашей планеты кислородом. Затем из СО2 и воды образуется первичный органический продукт — глюкоза. Углеводы — наиболее распространенный продукт фотосинтеза, они являются продуктом воздушного (углекислотного) питания растений. Но наряду с ними в зеленых листьях образуются аминокислоты и белки, а также жиры и другие сложные органические вещества в соответствии с природой каждого растения.
Процесс воздушного питания идёт быстро. Благодаря методу меченых атомов выяснилось, что уже через 5-10 секунд после начала освещения в зеленых листьях появляются разнообразные органические вещества, причем ассортимент их зависит как от природы самого растения, его возраста, так и от условий внешней среды. Воздушное питание идёт более интенсивно при оптимальной температуре, влажности, хорошем корневом питании минеральными элементами, хорошей освещенности и высоком содержании СО2 в воздухе.
Достойны внимания данные о том, что в хлоропластах концентрируются минеральные элементы в больших количествах: в этих органеллах содержится (в % от общего наличия в листе) азота и магния — до 75, железа — более 80, цинка — около 70, кальция — две трети, калия и меди — не менее половины. В хлоропластах имеется также много и ферментов. Это подчеркивает важную роль указанных веществ в ходе воздушного питания растений.
Следует подчеркнуть и высокую работоспособность хлорофилла, хотя содержание его составляет лишь 1-3 г на 1 кг свежих листьев. Свет, прошедший сквозь толщину одного листа, благодаря высокой дисперсности хлорофилла, теряет от 75 до 90% своей интенсивности и, следовательно, становится уже заведомо недостаточным для нормального фотосинтеза в нижних листьях. Дисперсность зернышек хлорофилла столь велика, что суммарная их поверхность в одном листе может в 200 раз превышать площадь самой листовой пластинки.
Интенсивность фотосинтеза (под которой условились понимать количество углекислоты, ассимилируемое 1 м2 листьев за 1 час) у многих культур при нормальных условиях составляет в пересчете на глюкозу 1-2 г, а в среднем около 1,3 г за 1 час. Однако в летний день на протяжении одного часа каждый грамм хлорофилла участвует в ассимиляции 5 г СО2. За световые часы лист в этот период ежедневно накапливает до 25% от своего веса новых органических веществ. Воздушное питание (углекислотное) часто называют невидимым, а углекислоту — невидимым удобрением, так как она бесцветна.
Воздушное питание проходит оптимально, если концентрация СО2 в воздухе превышает 0,03% (от объема). Повышение содержания СО2 в 30 раз (до 1%) и даже более резко усиливает ассимиляцию углекислоты растением. В условиях теплиц при наиболее благоприятном режиме освещения, температуры, влажности и питательных веществ скороспелые сорта томатов созревают за 60 суток, позволяя получать до 4-6 урожаев в год. Если концентрация СО2 падает до 0,01%, воздушное питание приостанавливается.
Углекислотные удобрения. Навоз и другие органические удобрения являются для растений не только источником минеральных питательных веществ, но и углекислоты. Под влиянием микроорганизмов эти удобрения, разлагаясь в почве, выделяют много углекислоты, которая насыщает почвенный воздух и приземный слой атмосферы, в результате улучшается воздушное питание растений. Чем выше дозы внесенного в почву навоза, торфа или компостов, тем больше углекислоты образуется при их разложении и тем благоприятнее условия воздушного питания растений. В период максимального развития вегетативной массы, в том числе листьев, увеличение содержания углекислоты в надпочвенном воздухе — существенный фактор получения высоких урожаев сельскохозяйственных (особенно овощных) культур. При внесении в почву 5-8 кг/м2 навоза в период его интенсивного разложения количество ежедневно выделяемой на 1м2 углекислоты по сравнению с неудобренным участком возрастает на 30-40 г. Этого количества СО2 вполне достаточно для создания высокого урожая картофеля и овощных культур 4-5 кг с 1м2 (ежедневное потребление — 20-30 г углекислоты).
В защищенном грунте повысить урожай и содержание углекислого газа в воздухе теплиц можно путём внесения органических удобрений, использования биотоплива или путём специального сбраживания растительных остатков (сена, сорных растений и т.д.) в бочке или иной ёмкости. Растительные остатки заливают водой 1:1 и оставляют на 2-3 недели в теплице для брожения и выделения углекислоты в атмосферу теплицы. Перебродившую массу можно использовать для подкормки пропашных культур. В междурядиях делают бороздки, куда и разливают остатки, затем закрывают их почвой. Используются в качестве углекислотных удобрений также «сухой лёд» (раскладывают кусками в свободных местах) или применяют специальные горелки, выделяющие углекислый газ.
Роль воздушного питания достаточно высока. В целом оно обеспечивает создание 80-90% всего урожая, полученного на садовом участке. Это значит, что из 100 кг урожая овощей, ягод или цветов за счёт воздушного питания создаётся до 90 кг урожая. Поэтому хорошее снабжение растений углекислотой — одна из основных задач садовода и овощевода.
Элементы минерального питания частично могут поступать и через листья, например, аммиак и окислы серы из воздуха, а также некоторые соли, содержащиеся в дождевой воде, в том числе и микроэлементы. Сельскохозяйственные растения способны усваивать эти соединения клетками листьев или стеблей. Наличие в воздухе окислов серы бывает заметным и даже значительным только в индустриальных районах. В других районах только газообразными источниками серы нельзя покрыть всю потребность в ней растения. С осадками приносятся и микроэлементы, однако в заметном количестве лишь в приморских областях. Это йод, бор и др.
В связи с этими фактами одно время много преувеличенных надежд возлагалось на внекорневое питание растений слабыми растворами солей путем опрыскивания листвы. Полагали, что при таком методе применения удобрений можно избежать закрепления фосфатов некоторыми почвенными минералами аммония и калия (как это неизбежно бывает в почвенных условиях) и вымывания селитры и других солей. Главное же, предполагали, что внекорневым питанием можно сильно влиять на воздушное питание. Однако оказалось, что большинство минеральных соединений, даже в слабых концентрациях, вызывают ожоги листьев. Поэтому из азотных удобрений для опрыскивания лучше подходят лишь слабые растворы мочевины. С фосфорными и калийными солями дело обстоит совсем плохо. Кроме этого выяснилось, что только внекорневым питанием невозможно добиться нормального роста культур. И, несмотря на то, что листья способны усваивать многие соли при опрыскивании, этот прием решает лишь вспомогательные задачи и является дополнительным к обычному питанию через корни. Очевидно, высшие растения приспособились, выработали в ходе эволюции на протяжении многих десятков миллионов лет раздельное питание — воздушное и корневое.
Таким образом, понятие о внекорневом питании вскоре превратилось лишь в рекомендацию внекорневых подкормок на крайний случай и при этом больше всего для микроэлементов. Действительно, этих веществ приходится вносить сравнительно немного, поэтому и технически такую подкормку провести легче. Для макроэлементов же потребовалось бы несколько подкормок (одной- двух явно недостаточно), что связано с риском нанести вред (ожоги) и большим расходом воды, времени и средств.
В результате всестороннего изучения агрохимики пришли к выводу, что большинство культурных растений лучше всего поглощают питательные вещества корнями, они хорошо растут на плодородных почвах и дают высокие урожаи при слабокислой реакции среды (рН около 6,5). Но о корневом питании расскажем в другой статье. Желаю успехов!
Источник
Bio-Lessons
Образовательный сайт по биологии
Дыхание растений
Растения, как все живые организмы, в процессе дыхания поглощают кислород и выделяют углекислый газ. Газообмен у них происходит через устьица на листьях, а также через чечевички на стеблях и трещины в коре. Внутри тканей кислород следует по межклетникам, потом проникает в клетки. Доступ кислорода ко всем органам растения — одно из основных условий жизни. При плохой обработке почвы или на переувлажненных почвах корням растений не хватает воздуха и, следовательно, кислорода. Поэтому при застое воды на отдельных участках поля большинство растений погибает. Ведь растения, так же как люди или животные, умирают без кислорода. Но у них потребность в кислороде меньше, чем у животных, и у них нет таких сложных органов дыхания.
Дыхание — это поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа, а также использование кислорода для окисления органических веществ с освобождением энергии (Рис.1).
Рис.1 Сравнение дыхания и фотосинтеза растений
| Дыхание | Признак | Фотосинтез |
| Кислород | 1.Поглощаемый газ | Углекислый газ |
| Углекислый газ | 2.Выделяемый газ | Кислород |
| Чечевички, устьица, кожица семян и т.д. | 3.Пути газообмена | Только через устьица |
| Во всех живых клетках | 4.В каких клетках происходит | Только в зеленых клетках, содержащих хлорофилл |
| Получение и использование энергии из питательных веществ на рост и развитие | 5.Роль в жизни растений | Запасание энергии света в виде питательных веществ |
Во время дыхания часть органических веществ расходуется. Например, прорастающее зерно теряет 3-10% сухого вещества. Чем более неблагоприятна oкружающая среда для прорастания, тем больше требуется питательных веществ и тем интенсивнее дыхание проростка. Энергия, выделяемая во время дыхания, затрачивается на рост и развитие органов растений. Подтвердим опытным путем поглощение прорастающим семенем кислорода и выделение им углекислого газа (Рис.2).
Рис.2 Поглощение кислорода и выделение углекислого газа прорастающими семенами (1-влажные семена, 2-сухие семена)
Возьмем 2 широкогорлые стеклянные банки и в одну из них положим проросшие семена гороха (20-30 шт.). В другую — столько же сухих, непроросших семян гороха. Банки плотно закрываем крышками и ставим в теплое место. Через неделю в банку с сухими семенами опустим горящую свечу. Свеча не потухнет, будет продолжать гореть. Поскольку дыхание сухих семян замедленное, за неделю они не успели поглотить весь кислород из воздуха в банке.
В банке с проросшими семенами свеча сразу же погаснет. Почему? Проросшие семена дышат интенсивно, поэтому они поглотили весь кислород в банке и насытили воздух углекислым газом. Во время набухания и прорастания семян и дальнейшего развития растений дыхание в тканях усиливается. Межклеточные воздушные пространства в тканях растений облегчают движение газов.
Влияние различных условий на дыхание растений
Интенсивность дыхания у разных частей растения неодинакова. Наиболее высока она у молодых быстро растущих органов и тканей. С окончанием периода активного роста растений дыхание их тканей ослабевает. Активнее дышат высокогорные и светолюбивые растения (по сравнению с теневыносливыми). Дыхание растений усиливается с повышением температуры, когда речь идет о потеплении. Но в зной оно ослабевает, а при 45-50°С почти прекращается. Таким образом, на дыхание растений влияют различные факторы.
1. Влияние воды. Сухие семена (10-12% влаги) дышат очень слабо. Если содержание влаги в семенах достигает 33%, то дыхание усиливается, расход питательных веществ увеличивается, и семена начинают прорастать. Поэтому при хранении в зернохранилищах влажность зерна не должна превышать 12-14%. Только в таких условиях семена могут долго храниться.
2. Влияние температуры. Чем выше температура окружающей среды, тем интенсивнее дышат семена. Даже зимой при температуре -20-25°С дыхание растений не прекращается, оно лишь замедляется. Дыхание семян прекращается при температуре +50°С. Зимой в клубнях картофеля, хранящегося при низкой температуре, дыхание замедляется.
3.Влияние света. При наличии достаточной освещенности дыхание растений ускоряется. Теневыносливые растения дышат слабее светолюбивых. Если поместить молодые проростки в темное место, их дыхание немного замедлится.
4.Влияние воздуха. Всему живому на Земле, кроме некоторых бактерий, необходим кислород. Мы дышим воздухом, в котором кислород находится в определенном соотношении с другими газами (азот, инертные газы, углекислый газ).
Когда в воздух попадают отходы промышленного производства, это соотношение изменяется, что может оказаться губительным для растений, животных и человека.
В последнее время можно часто слышать выражения озоновые дыры, и парниковый эффект. Эти явления связаны с состоянием воздушной оболочки Земли. Накопление вредных веществ в атмосфере оказывает отрицательное воздействие на все живое, и на растения в том числе. Их дыхание замедляется.
Какие же вещества загрязняют воздух? Вот главные из них:
1.Углекислый газ, выделяемый всеми живыми организмами, обитающими на Земле.
2.Отходы производства и газы, выделяемые заводами и фабриками, прежде всего угарный газ, зола, сажа, пыль, копоть, дым.
3.Выхлопные газы автомобилей.
4.Ядовитые газы, выделяемые синтетическими веществами, созданными химическим путем.
5.Пылевые частицы ядохимикатов, используемых в сельском хозяйстве.
Рост и развитие растений в условиях загрязненной атмосферы замедляются.
Они быстро подвергаются различным вредным воздействиям. Таким образом, воздух необходим не только для надземных органов растений, но и для корней, находящихся в почве. Если не будет обеспечен достаточный приток воздуха к корням, их дыхание замедлится, и они погибнут. Если корни постоянно покрыты водой, они загниют. Корни обеспечивают всю надземную часть растения питательными веществами и водой. Без них само растение неминуемо погибнет.
Роль зеленых растений:
1.Создание органических веществ.
2.Поступление кислорода в атмосферу
3.Поддержание постоянного содержания углекислого газа.
4.Участие в создании почв.
Зеленые растения запасают энергию космического светила — Солнца в виде органических веществ, используемых живыми существами нашей планеты.
Дыхание — это процесс, происходящий во всех живых организмах: поглощение кислорода и выделение углекислого газа. Кислород используется для окисления органических веществ, чтобы извлечь из них энергию. Растения запасают энергию солнечного света в виде органических веществ в ходе фотосинтеза и используют эту энергию, окисляя вещества в ходе дыхания, В целом, растения интенсивнее фотосинтезируют, чем дышат.
Фотосинтез. Воздушное питание.
Источник
