Растение регулирует количество пропускаемой
через него воды устьичным
аппаратом. Если оно получает из почвы достаточное количество влаги, а
воздух не слишком сухой, то устьица открываются во всю ширину щели. Но
как только начинает уменьшаться поступление воды в растение, щель
устьица сужается и испарение воды становится меньшим. При этом
сокращается и поступление в листья углекислого газа, что приводит к
замедлению процесса синтеза органических веществ, но зато предохраняет
растение от засыхания и гибели. Разумеется, что недостаток влаги,
снижая интенсивность фотосинтеза, приводит к потере урожая.
Количество воды (в литрах), испаряемой растением на образование единицы
(1 кг) сухого вещества, называется транспирационным коэффициентом. Этот
показатель зависит не только от видового и сортового ассортимента
растений, но и от особенностей условий окружающей среды: плодородия и
влажности почвы, температуры и влажности воздуха и других факторов. Чем
плодороднее почва и выше агротехника, тем меньше (а следовательно, и
более экономно) воды расходует каждое растение на образование единицы
сухого вещества. При высокой урожайности на образование каждой тонны
сухого вещества затрачивается меньше воды, чем при низкой урожайности.
Поэтому широкое внедрение в сельскохозяйственное производство
мероприятий, направленных на повышение урожайности, предусматривает и
лучшее использование почвенной влаги.
На величину транспирации оказывает влияние и возраст растений: молодые
растения (а также более молодые листья) испаряют больше воды, чем
старые. Сильно влияют на
транспирацию погодные условия вегетационного периода: в сезоны с
оптимальным количеством атмосферных осадков испарение бывает, как
правило, меньшим, чем в засушливое время.
Больше всего растения потребляют воды во время образования новых
побегов и листьев. Продолжительность этого периода у различных растений
неодинакова, она зависит также от длины вегетационного периода, общей
листовой поверхности и является одним из показателей, определяющих
различную потребность растений в воде. Ниже для наглядности приведены
средние показатели транспирационных коэффициентов некоторых
сельскохозяйственных растений, возделываемых в условиях умеренного
климата Нечерноземной зоны России.
Растение
Транспирационный коэффициент, л
Яровая пшеница
271-639
Картофель
286-575
Клевер луговой
330-731
Лен посевной
400-942
Ячмень яровой
404-664
Овес
423-876
Озимая рожь
431-634
Подсолнечник
490-577
Горох посевной
563-747
Люцерна посевная
568-1068
В полевых условиях расходу воды на транспирацию
всегда сопутствует
потеря ее запасов на испарение почвой. Этот показатель в среднем
составляет 20-50% суммарного расхода на почвенное испарение и
транспирацию. Оба вида расходования воды находятся в определенной
зависимости: чем плотнее растительный покров, тем надежнее он защищает
поле от потерь влаги с поверхности почвы через испарение. Поэтому при
высоком уровне агротехники, обеспечивающем нормальный стеблестой,
затраты воды на испарение почвой значительно ниже, чем на участках с
неравномерным стоянием слаборазвитых растений. На пропашных культурах
лучший уход за растениями, обеспечивающий поддержание почвы в рыхлом и
чистом от сорных растений состоянии, также значительно сокращает эти
непроизводительные потери воды.
К сожалению, многие селекционеры при выведении
новых сортов
сельскохозяйственных культур для умеренного климата Нечерноземной зоны
не ведут отбор растений по такому существенному показателю, как глубина
проникновения корневой системы. При возделывании растений с неглубоко
проникающими корнями на дерново-подзолистых почвах в условиях
кратковременных засух нет гарантии достижения стабильных высоких
урожаев.
Препятствием к глубокому проникновению корней в почву для большинства
культурных растений является бедный кислородом плотный подзолистый
горизонт, содержащий ядовитые (токсичные) для них соединения железа,
марганца и алюминия. Помочь сельскохозяйственным растениям преодолеть
этот барьер можно путем создания вертикального дренажа. Но как
выполнить такую технологическую операцию без специальных почвенных
орудий? Да и дорогое это будет удовольствие… Ответ на данный
вопрос дает сама природа. Существуют такие растения, корневая система
которых беспрепятственно проникает через подзолистый горизонт. К ним
относится, в частности, однолетний желтый люпин,
который можно
использовать как сидеральную и кормовую культуру. В последующие после
возделывания люпина годы по оставшимся в подзолистом горизонте проходам
его стержневых корней могут успешно проникать к водоносным слоям и
корни других растений. Вполне возможно, что в перспективе одним из
обязательных элементов северного земледелия будет возделывание таких
растений - фитомелиораторов.
Рассматривая значение отдельных органов растений, некоторые "знатоки"
недооценивают первостепенную роль листьев. Как отметил выдающийся
физиолог К. А. Тимирязев, эта многовековая несправедливость нашла свое
отражение даже в басне И. А. Крылова "Листья и корни", в которой автор
ошибочно признает "трудовую производительную деятельность" растения
только благодаря корням, а листьям приписывает лишь "блестящий, но
бесполезный труд". В настоящее время известно, что без ассимилирующего
аппарата листьев немыслима жизнь зеленых растений и всего человечества
на Земле.
А знаете ли вы, сколько поступающей на землю солнечной энергии
используется растениями при фотосинтезе? Около 10% солнечного света,
падающего на поверхность листьев, отражается. Примерно такое же
количество бесполезно проходит сквозь листья. Почти 75-77% световой
энергии, получаемой растениями, используется без превращения ее в
химическую энергию в прямо противоположных целях: 35-38% идет на их
нагревание, а около 40% расходуется на их охлаждение посредством
испарения. В результате только около 0,1% светового потока
захватывается хлоропластами листьев и аккумулируется в растениях. Такой
низкий коэффициент полезного действия (КПД), несмотря на значительную
площадь листовой поверхности растений! У кукурузы, например, площадь
поверхности листьев на 1 м2 посевов в среднем
составляет более 10 м2, у
овса и ячменя -7-8 м2, у картофеля - 3-4 м2.
Если
у двигателя
внутреннего сгорания КПД достигает 45%, у паровой турбины- 30%, у
паровоза - 9-10%, то у зеленых растений этот показатель в полевых
условиях не достигает и 2%. Поэтому ученые настойчиво проводят
исследования, направленные на повышение КПД фотосинтеза растений.
Теоретически путем повышения содержания в приземном слое воздуха
углекислого газа и создания оптимального водного и пищевого режимов для
культивируемых растений возможно увеличить КПД фотосинтетически
активной радиации до 5-6%. На практике это подтверждается опытом работы
тепличных комбинатов. Большое значение в этом направлении имеет и
максимально возможное продление периода интенсивного роста растений за
счет создания определенных конвейеров из групп культур (особенно
кормовых), наиболее приспособленных к ранневесеннему, летнему и
позднеосеннему периодам. Более полное использование солнечного света
растением достигается за счет развития большой листовой поверхности.
Например, площадь поверхности листьев клевера лугового превышает в 26
раз площадь, занимаемую самим этим растением, люцерны
посевной - в 85
раз. Растения лучше используют солнечный свет и благодаря способности
наиболее выгодно располагать листовую поверхность по отношению к свету
посредством изменения угла наклона листовых пластинок и размещения
листьев с таким расчетом, чтобы они не затеняли друг друга.
Таким образом, два важнейших процесса жизни растения - воздушное и
почвенное питание - тесно связаны и взаимообусловлены: от притока
углеводов из листьев зависит поглощающая и синтетическая деятельность
корневых систем, а они, в свою очередь, определяют возможность
построения фотосинтетического аппарата и успешное выполнение листьями
процесса фотосинтеза.
