big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Тепловой баланс и растительность

Растения — единственные представители живой природы, способные создавать сложные органические вещества из простых неорганических. В отличие от животных, которые получают эти вещества уже в готовом виде, за счет других животных или растений, они создают их сами. Разнообразие растительного мира во многом обязано своим существованием очень тонкому, совершенно незаметному на глаз процессу, называемому фотосинтезом, когда под действием солнечной радиации из углекислого газа и воды в листе рождаются крахмал и сахар, то есть сложные органические продукты. Этот процесс совершается на свету, поэтому-то он и назван фотосинтезом.

В Институте биохимии Академии наук СССР однажды был проделан такой опыт. Растворенный в воде хлорофилл налили в пробирку и выставили на солнце. Вскоре жидкость начала зеленеть. Через десять минут она была совсем зеленая. Стоило пробирку унести в темноту, и хлорофилл в ней вновь восстанавливал свой обычный цвет. Пробирка с жидкостью в этом опыте была моделью живого листа, а происходивший в ней процесс являлся одной из сложных стадий фотосинтеза, совершающегося днем в листьях зеленых растений. За эту удивительную способность листа собирать солнечную энергию и, превратив ее в органические продукты, обеспечивать жизнь всего животного мира нашей планеты, К. А. Тимирязев назвал его «фокусом мира», «...точкой в мировом пространстве, в которую с одного конца идет энергия солнца, а с другого берут начало все производные жизни на земле...» «Растение — истинный Прометей,— писал Тимирязев,— похитивший огонь с неба. Поглощенный им луч солнца горит в едва мерцающей лучине и в ослепительной искре электричества...».

К. А. Тимирязев был первым ученым, положившим начало разгадке процесса фотосинтеза растений. Недаром на его памятнике в Москве высечена схема разложения углекислого газа зеленым листом под воздействием падающей на него солнечной радиации. Это наиболее короткий и в то же время самый важный результат работы великого русского ученого, обессмертивший его имя. Процесс фотосинтеза часто описывают такой простой формулой:

где Еасс — энергия ассимиляции, равная 112 ккал на 1 молекулу ассимилированной углекислоты или 4,9 электрон-вольта на одну молекулу СО2.

В процессе дыхания растение выделяет кислород, а воду испаряет. Хлорофилл идет на восстановление.

Еще не до конца раскрыта тайна этой реакции, во время которой энергия поглощенных квантов света не расходуется как это мы наблюдаем в других природных процессах (например, при изменении окраски каких-либо материалов), а накапливается, или, как говорят физики, этот процесс происходит с увеличением термодинамического потенциала. За последние годы в Институте биохимии Академии наук СССР и в ряде других институтов постепенно подходят к объяснению этой величайшей тайны природы. Решение этой задачи позволит ученым управлять жизнью растений, ускорять создание ими органического вещества и тем самым регулировать пищевые и жизненные ресурсы человечества. Но мы не будем углубляться в рассмотрение этой проблемы, так как она выходит за рамки нашей книги, а попытаемся рассказать лишь об одной ее стороне — о роли теплового баланса в жизни растительного мира. Читатель, наверное, уже заметил, что доля солнечной радиации, которая расходуется в процессе фотосинтеза, нами не учитывалась при составлении уравнения теплового баланса. И это не случайно. Эта доля очень мала по сравнению с остальными его составляющими. Лишь там, где растительность особенно пышна, она может достигать 1—2 процентов от остаточной радиации.

Итак, на создание всей массы органического вещества на Земле, а она составляет около миллиарда тонн в год, тратится всего лишь доля процента солнечной радиации. В связи с этим многие считают, что энергетические ресурсы, создающие органическое вещество на земном шаре, практически безграничны. Сколько бы его ни требовалось, как бы ни увеличивал человек свои поля, сады и леса, солнечной радиации всегда хватит с избытком. Иными словами, урожайность не регламентируется энергетическими ресурсами, а зависит только от земных условий, которыми может управлять человек (от плодородия почвы, приемов агротехники, качества семян и т. д.). Давайте посмотрим, так ли это на самом деле.

Мы уже говорили, что в процессе фотосинтеза происходит своеобразный газовый обмен между растением и воздухом. Растение через свои устьица в листьях отдает водяной пар и кислород, а взамен получает из воздуха углекислоту. Этот обмен, как известно, происходит только на свету. Именно в процессе фотосинтеза получают они вещества, необходимые для своего роста и развития. Образуются же они только за счет той части солнечной энергии, которая была зааккумулирована растением в светлое время суток путем фотосинтеза. Реакцию процесса дыхания, в отличие от приведенной выше реакции фотосинтеза, можно написать в следующем виде:

Как видите, в процессе дыхания часть ассимилированного за день углерода расходуется обратно на создание углекислоты, которую растение выделяет в воздух, и на создание энергии ассимиляции, которая переходит в форму тепловой энергии и тратится на нагревание растений и окружающего воздуха. В процессе дыхания затраты органического вещества могут достигать 20—25 процентов от общего количества органических соединений, образующихся в процессе фотосинтеза. Заметим, что доля этих расходов возрастает с ухудшением метеорологических условий (повышением температуры, понижением влажности, уменьшением освещенности и т. д.).

Для того чтобы процессы фотосинтеза и дыхания протекали нормально и накопление органических веществ шло быстрее, чем их расход, растению необходимы не только солнечная энергия, но и плодородие почвы и, что не менее важно, плодородие воздуха. «Плодородие», пожалуй, самое подходящее слово для выражения способности «родить плоды», то есть создавать наиболее благоприятные условия для жизни растений и формирования урожая. Для почвы основными показателями плодородия являются ее качество и наличие в ней достаточного количества необходимых для растений питательных веществ. Показателем воздушного плодородия служит уже «качество воздуха», то есть содержание в нем необходимого количества углекислоты, его температура, влажность, условия перемешивания и т. д. Как бы, например, ни была удобрена почва, сколько бы в ней ни скопилось питательных веществ, но если она бесструктурна и суха, то растения все равно расти не будут. Необходимо, чтобы почва имела хорошую структуру, была увлажнена, содержала достаточное количество питательных веществ. То же самое и для воздуха. Сколько бы в нем ни было углекислоты, необходимой для питания растений, но если метеорологические условия окажутся неблагоприятными, то процесс фотосинтеза замедлится, органического вещества будет накапливаться мало и растения станут плохо расти. Нормальная жизнь растений обеспечивается только совокупностью благоприятных почвенных и атмосферных условий — действует так называемый закон минимума, оптимума и максимума. Сущность этого закона сводится к тому, что если хотя бы один из факторов, обеспечивающих рост и развитие растений, или даже один элемент питания растений, будет в недостатке или в избытке (что в равной степени неблагоприятно отражается на жизни растений), то величина урожая будет определяться именно этим фактором. Отсюда следует, что для нормальной жизни растений необходимо не только достаточное количество питательных веществ в почве и в воздухе, но нужна и безотказная работа механизма, который доставляет эти вещества растению и обеспечивает их переработку в органические продукты. Работа же этого механизма регулируется балансом тепла и влаги, энергетическими и климатическими ресурсами.

Попытаемся разобраться в этом.

Рассматривая географическую зональность, мы видели, как зависят условия каждой природной зоны от показателя увлажнения и остаточной радиации. Леса распространены от Полярного крута до экватора, но только там, где коэффициент А близок к единице; они не растут, например, в сухих степях, где индекс сухости превышает 2. А раз так, то мы уже можем заключить, что накопление органического вещества в абсолютном весе (продуктивность растений) происходит наиболее интенсивно там, где индекс сухости будет ближе всего к единице. Чтобы убедиться в этом, давайте проследим, как меняется растительность при движении, например, с востока на запад вдоль одного широтного круга, где годовая сумма остаточной радиации приблизительно одинакова, а индекс сухости меняется. Начнем двигаться, например, от 52 до 25 градусов восточной долготы вдоль 48—49 параллели северного полушария, то есть примерно от низовьев реки Урал до предгорий Карпат. В начале нашего пути мы окажемся в сухих приуральских степях, переходящих на востоке в полупустыню со свойственной ей растительностью. Здесь коэффициент сухости будет высок — более трех. По мере приближения к Волге он уменьшается до 2, и южнее Волгограда мы попадем в зону донских и сальских степей с типичной степной растительностью: ковылем, маками и множеством диких тюльпанов. Правда, в настоящее время эти степи, как и сухие степи Казахстана, распаханы и засеяны сельскохозяйственными культурами, но еще и теперь всюду можно найти небольшие участки с естественной растительностью. Особенно хороши они ранней весной, когда покрываются пестрым ковром разнотравья. Еще далее на запад, начиная примерно с 30 градуса восточной долготы, степи сменяются обширными широколиственными лесами, которые тянутся до самых Карпат. Коэффициент сухости здесь становится близок к единице. Посмотрите, например, каково его значение для различных лесных массивов, растущих на территории Украины (по данным Л. И. и Л. Н. Сакали):

Ель на Украине, как вам известно, растет уже в горных районах, то есть в зоне, где много осадков.

Если бы мы, пропустив горные районы Европы и Атлантический океан, продолжили наше движение по тому же широтному кругу, но теперь уже в западном полушарии, начиная от побережья Нью-Фаундленда и вплоть до Скалистых гор, то мы бы заметили такое же четкое изменение коэффициентов А, а вместе с ним и растительных зон, но только уже в обратном порядке. На Нью-Фаундленде мы обнаружили бы тундровую растительность. И это не поразило бы нас, ведь коэффициент А в этом районе близок к 0,30. По мере движения на восток тундра сменяется лесотундрой, а затем лесами и степями. Показатель увлажнения при этом соответственно увеличивается вначале до 1,00—1,20, а затем до 1,70. Итак, вывод ясен — мощь растений и их продуктивность достигает наибольших значений при близких к единице соотношениях между испарением и осадками. Отклонение коэффициентов А в туи другую сторону от единицы ведет к: уменьшению и даже исчезновению лесов, место которых занимают другие растительные сообщества. Каждому виду растений будут соответствовать, как мы уже говорили, определенные соотношения тепла и влаги, свои коэффициенты А. Для лесов — это 0,5—1, для степной растительности — 1—2, для полупустынной — 2—3, а для пустынной— превышает 3. Совершенно очевидно, что в каждой ботанической зоне определенному виду растительности будет соответствовать свой оптимальный энергетический и тепловой баланс, своя зона комфорта, свой коэффициент А, при котором происходит наилучшее накопление органического вещества и достигается наибольшая продуктивность этого вида растений. Разумеется, условия «комфорта», необходимые для одного вида растительности, будут отличаться от условий комфорта, наиболее благоприятных для другого вида растительности. Существенно различны будут и коэффициенты А.

Посмотрите, например, каковы оптимальные коэффициенты сухости для некоторых сельскохозяйственных культур (табл. 14).

Из этой таблицы видно, что лен, например, прекрасно может расти и в лесной зоне, где А близко к единице, а вот озимая пшеница или подсолнечник в этой зоне вызревать уже не будут. Им не хватит тепла.

Мы еще мало знаем, чем определяются условия комфорта для каждого вида растений и каково при этом взаимодействие между физиологическими и физическими факторами. Удивительная разборчивость растений в тепле и влаге связана, конечно, прежде всего с физическими особенностями самих растений.

Однако значительную роль при этом играют и оптимальная обеспеченность растений теплом и влагой.

Мы только что проследили, как при одном и том же количестве солнечного тепла, но при разных условиях увлажнения (переменных коэффициентах А) происходит смена растительности. Она меняется от степной до тундровой.

Можно предполагать, что наибольшая продуктивность растений в каждой зоне должна приходиться на ее середину, на границах зон растительность уже более угнетена и это угнетение, по-видимому, является одной из причин смены зональности. Совершенно бесспорен тот факт, что из всех растительных зон продуктивнее будет лесная зона, а не степь или тундра, потому что только в этой зоне растения получают так много тепла и влаги, что его хватает на то, чтобы накопить достаточно большую массу органического вещества. В смежных с лесной зонах (степной и тундровой) избыток тепла, но недостаток влаги, или, наоборот, избыток влаги, но недостаток тепла уже ограничивают процесс фотосинтеза и накопление больших масс органического вещества. В этих условиях фотосинтез будет протекать благоприятно только у определенных видов растений, характерных для данной зоны. Но пока все наши рассуждения касались зависимости растений от соотношения между теплом и влагой при одной и той же величине остаточной радиации. Ведь, как помнит читатель, мы рассматривали изменение растительных зон при движении вдоль одной параллели, где приход солнечной радиации примерно одинаков.

А теперь попытаемся оценить и роль самого энергетического фактора в накоплении растениями органического вещества. Для этого рассмотрим изменение продуктивности растительности, живущей в таких условиях, когда коэффициент А остается одинаковым, а остаточная радиация меняется. Это можно, например, сделать, сравнив продуктивность одного гектара леса в зоне умеренного пояса и тропиков (коэффициент А там и тут близок к 1) или гектара степной растительности где-либо в наших приволжских степях и саваннах, где коэффициенты А равны 1,5—2. Ученые подсчитали, что годовая продуктивность органического вещества в тропическом лесу составляет около 100—200 тонн на гектар, тогда как продуктивность лесов умеренной зоны в несколько раз меньше (примерно 30—50 тонн). Соотношение между продуктивностью лесов в разных климатических зонах колеблется от 2 до 5. Такое же примерно соотношение будет и между продуктивностью степной растительности в указанных выше зонах.

Исходя из всего сказанного, мы можем теперь заключить, что тепловой баланс не только играет основную роль в формировании ботанических зон на земном шаре, но, что не менее важно, управляет жизненными системами растений, регулирует их рост, развитие и накопление органического вещества, поддерживает фотосинтез, формирует урожай. Причем все эти процессы регулируются в основном количеством энергии, получаемой от солнца (остаточной радиацией), и распределением ее, то есть соотношением между затратами тепла на испарение и нагревание самих растений и окружающего их воздуха. Чтобы лучше понять эту сторону взаимодействия между растениями и солнцем, нам придется снова рассмотреть механизм связи растения с внешней средой и прежде всего с энергетическими и водными ресурсами.

Мы уже говорили, что основная часть солнечной радиации, которая остается растениям после отражения и излучения, расходуется ими на испарение. Испарение воды растениями протекает несколько иначе, чем, например, с увлажненной поверхности почвы или воды.

Вода в растение попадает, как известно, через корневую систему, благодаря так называемому осмотическому давлению. Но хотя это давление и действует с достаточной силой, оно никогда не могло бы одно поставлять столь огромное количество влаги всем частям растений. Их верхушки и кончики листьев всегда испытывали бы недостаток в воде и пребывали в вялом состоянии, если бы корням не помогали листья.

Читатель знает еще из элементарного курса ботаники, что на поверхности листьев расположены миллионы микроскопических отверстий, называемых устьицами, которые выполняют одновременно две функции: через них испаряется вода и происходит дыхание растений. Благодаря тому, что в устьицах упругость водяного пара почти всегда близка к полному насыщению, а в воздухе обычно недостает влаги, поверхность листьев является основной испаряющей поверхностью растительного покрова. С нее испаряется почти столько же воды, сколько с поверхности открытых водоемов или сильно увлажненной почвы. Только сам процесс испарения с растений, повторяем, происходит иначе. Растения подобны насосам. Они как бы перекачивают воду от корней к листьям, точнее, перегоняют или транспортируют ее из почвы в воздух. Поэтому и испарение растениями называется транспирацией.

Транспирация у растений происходит днем и ночью, за исключением тех случаев, когда воздух сам полностью насыщен влагой. В это время перепада во влажности между растением и воздухом нет, и испарения с листьев не происходит. Наоборот, вследствие более низкой температуры листьев на их поверхности может наблюдаться конденсация влаги из воздуха. Тогда листья покрываются капельками росы, которая иногда может впитываться растениями, являясь дополнительным источником влаги.

Итак, из устьиц листьев испаряется вода. Транспирация растений как раз и является той силой, которая помогает подниматься влаге от корней к листьям, обеспечивая одновременно питание всем частям растения и снабжая листья водой, столь необходимой как для прохождения реакции фотосинтеза, так и для поддержания дыхания растения. А поскольку скорость испарения определяется прежде всего энергетическими ресурсами, то и интенсивность роста и развития растения, а также накопление ими органического вещества при достаточных запасах влаги и питательных веществ в почве будут прежде всего регулироваться остаточной радиацией. Остаточная же радиация в умеренной зоне в 2—3 раза меньше, чем в тропиках, поэтому двух-трехкратное повышение продуктивности тропических лесов и степей по сравнению с лесами и степями умеренного пояса представляется вполне закономерным явлением.

Не последнюю роль в процессе фотосинтеза играет тепловой режим растений. Поверхность растений (растительный покров), поглощая солнечную радиацию и превращай ее в тепло, сама становится деятельной поверхностью, воздействуя на температурный режим непосредственно прилегающего к ней слоя воздуха. Именно эти две составляющие теплового баланса: тепло, поглощаемое растениями и почвой (П), и тепло, затрачиваемое на нагревание воздуха путем турбулентного теплообмена (В), и являются основными факторами, формирующими микроклимат растений или, как его иначе называют, фитоклимат. Наиболее важные черты фитоклимата, отличающие его от климата окружающего района, это режим температуры, влажности и перемешивания воздуха внутри растительного покрова.

Эти элементы создают условия комфорта для растений и обеспечивают плодородие воздуха. Само собой разумеется, что эти черты фитоклимата у различных растительных сообществ; имеют едой особенности. Климат леса совершенно отличен от климата хлебного поля, а климат поля, занятого пшеницей,— от климата рисовых полей или хлопковых плантаций. Рассматривать эти особенности фитоклимата мы не будем, заметим только, что у каждого из них имеются общие черты, которые как раз и связывают жизненные процессы, происходящие в растениях, с окружающей средой.

Одной из таких общих черт фитоклимата является температурный режим растений.

Мы уже упоминали об эффективных температурах растений, нижний предел которых обычно принимают равным 10 градусам, а верхний, для большинства растений, 30— 35 градусам. Только в этом диапазоне температур происходит нормальное развитие растений, то есть наиболее интенсивно протекает процесс фотосинтеза, происходит накопление органического вещества и нормализация дыхания, спеют плоды и формируется урожай. Посмотрите, как, например,

Связь продуктивности фотосинтеза растений с температурой воздуха и солнечной радиацией

связана продуктивность фотосинтеза растений с температурой воздуха и фотосинтетически активной радиацией — ФАР (рис. 20). Сначала проследим, как меняется продуктивность фотосинтеза только от температуры воздуха. Возьмите, например, величину ФАР=0,3 ккал/см2мин и проведите от этой величины черту, параллельную оси абсцисс. Вы увидите, что при повышении температуры воздуха уровень продуктивности фотосинтеза сначала увеличивается, но, достигнув цифры 15—20 градусов, приостанавливается, а при более высоких температурах падает. А теперь проследите, как меняется та же продуктивность при одинаковых температурах воздуха, но при разных количествах фотосинтетической радиации. Оказывается, что хотя при температурах ниже и выше 15—20 градусов с увеличением ФАР продуктивность фотосинтеза возрастает, процесс этот происходит гораздо медленнее, чем при температурах воздуха 15— 20 градусов.

Отсюда вывод: рост и развитие растений, накопление ими органического вещества связаны с солнечной радиацией и температурой воздуха сложной зависимостью. Выяснилось, например, что растение накапливает одно и то же количество органического вещества при температуре воздуха +5 градусов и радиации ФАР, равной 0,5кал/см2мин., и при температуре воздуха 15 градусов, но радиации ФАР в 3 раза меньшей. Иными словами — для растений, как и для людей или животных, имеется своя зона теплового комфорта, в которой они лучше всего живут и развиваются. Выше и ниже этого предела продуктивность растений снижается. Правда, если температура воздуха начинает отличаться от оптимальной, растения сами несколько регулируют свой тепловой режим. Когда солнечная радиация велика, а воздух холодный, листья растений бывают значительно теплее окружающего воздуха. И наоборот, в жару температура листьев обычно ниже, чем температура воздуха.

Каким же образом происходит такая терморегуляция растений? Листья могут менять, свое положение по отношению к солнечным лучам, благодаря чему иной становится скорость испарения устьицами и происходит изменение физиологических свойств растений. Однако в жизни растений роль такой саморегуляции обычно невелика. В отличие от человека или теплокровных животных, которые поддерживают постоянство температуры своего организма не только регулированием внешних условий, но еще и внутренней терморегуляцией путем принятия пищи, растения оказываются беззащитными при наступлении резко неблагоприятных условий погоды. Они сами не могут защититься ни от заморозков, ни от засух, ни от горячих степных суховеев, ни от пыльных бурь. Их защитный физиологический аппарат не способен выдержать сколь-либо продолжительного действия вредных для них метеорологических условий и отказывает в работе. Тогда растения ожидает гибель. Но если метеорологические условия отклоняются от нормальных не очень сильно, растения всегда могут несколько подрегулировать свой тепловой режим.

Особенностью фитоклимата, общей для всего растительного мира, является и повышенный режим влажности внутри растительного покрова. Для большинства растений оптимальными условиями влажности в периоды их наибольшего роста можно считать относительную влажность, лежащую в пределах 60—80 процентов. При такой влажности растениям не грозит засуха. Их стебли и листья находятся в наиболее благоприятном режиме, их устьичный аппарат прекрасно работает, процессы транспирации, фотосинтеза и дыхания протекают наиболее нормально. Но если в это время влаги в почве становится мало (наступает почвенная засуха), устьица листьев сужаются, и транспирация растений резко сокращается. Однако одновременно с уменьшением испарения уменьшается и поступление углекислоты из воздуха к растениям, которое происходит через те же самые устьица. Растения как бы приостанавливают процесс фотосинтеза, а с ним вместе и дыхание. При этом, конечно, прекращается и накопление органического вещества. При дальнейшем ослаблении притока влаги из почвы устьица могут сузиться настолько, что транспирация прекратится, а вместе с этим приостановится поступление углекислоты из воздуха. Растениям становится нечем дышать. Они начинают походить на животное или человека, которому закрыли нос и рот. В таких случаях растениям грозит гибель, причем не только от недостатка воды, но и в не меньшей степени и от «удушья». Если же засуха будет наблюдаться не в почве, а в воздухе (такая засуха может возникнуть в результате продолжительного действия суховеев), тогда растения, чтобы поддержать оптимальные условия своего водоснабжения и благоприятный режим влажности внутри растительного покрова, вынуждены будут увеличить отверстия устьиц. Но устрица не могут расширяться бесконечно. Достигнув определенного предела, устьичный механизм перестанет действовать: устьица так и останутся открытыми. Это вызовет усиленную транспирацию и неминуемо приведет к быстрому истощению запасов влаги в почве. В результате подача влаги из почвы прекратится, растения потеряют тургар и завянут. Кроме того, во время почвенной засухи и суховеев, когда нарушаются нормальные условия транспирации растений, изменяется и нормальное соотношение между расходными статьями теплового баланса растений. Большая часть остаточной радиации вместо того, чтобы тратиться на испарение, будет поглощаться растениями и пойдет на нагревание их самих и окружающего воздуха. Этот процесс неминуемо вызовет перегрев растений, резкое повышение их температуры, что приведет к быстрой потере ассимилированного углерода и засыханию растений.

Последней из особенностей фитоклимата, характерной для всей растительности, является турбулентное перемешивание воздуха внутри растительного покрова. На первый взгляд значение этого фактора не кажется очень существенным. На самом же деле его роль в обеспечении углекислотой нижних ярусов листьев растений является решающей. Дело в том, что углекислота в атмосфере распределена неравномерно. Больше всего ее находится у поверхности почвы, где она образуется в результате разложения и гниения органических веществ. Являясь весьма тяжелым, газом, углекислота не может быстро распространяться вверх, если не будет перемешивания воздуха. А раз это так, то у поверхности листьев, и особенно у верхушек растений, где больше всего тепла и света, будет наблюдаться нехватка этого важнейшего для растений питательного вещества, и реакция фотосинтеза окажется замедленной. Чем ближе к земле, тем больше углекислоты, но зато из-за недостатка света ее ассимиляция ослабеет. Получается некий замкнутый круг: там, где много света, недостает углекислоты, а где много углекислоты, мало света. Чтобы каким-то образом устранить это несоответствие, растения вынуждены тянуться вверх, к солнцу. Нижние ветви и листья у них сохнут и отмирают. Тем самым pacтения как бы сами регулируют густоту своих посевов, создавая условия для усиления движения воздуха внутри растительного покрова и формируя тем самым оптимальный режим для газообмена между нижними и верхними слоями воздуха.

Ну, а как же быть в случае, когда создаются искусственные плантации посевов и посадок? Ответ напрашивается сам собой. Они не должны быть густыми. Излишнее их загущение, так же как и большая разреженность, одинаково неблагоприятно сказываются на получении максимальной продуктивности. Конечно, фитоклимат любой растительности, как и всякий другой природный процесс, формируется под воздействием количества приходящей солнечной радиации и затратами или распределением этого тепла разными растениями. Обычно чем теплолюбивее растение, тем больше солнечной радиации оно расходует на свое нагревание и меньше на испарение. Если лен, например, 3/4 остаточной радиации тратит на испарение и только 1/4 ее на нагревание, то сахарная свекла на нагревание расходует уже 1/3 остаточной радиации, подсолнечник — более половины. На первый взгляд даже не верится, что подсолнечник, каждое растение которого за лето испаряет бочонок воды, затрачивает на нагревание в 2 раза больше тепла, чем лен или даже пшеница.

Изменение теплового баланса пшеничного поля по мере роста и развития культуры

Систематические наблюдения за тепловым балансом различной растительности, и особенно сельскохозяйственных культур, показали, что в каждый период их жизни, в каждую фазу развития, соотношение в потребностях тепла и влаги оказывается совершенно разным. Посмотрите на рис. 21 , где показано изменение теплового баланса в течение вегетационного периода на поле, засеянном пшеницей. В начальный период развития пшеницы, примерно от фазы кущения до колошения, растения 2/3 остаточной радиации тратят на испарение. И это понятно. В это время им надо быстро расти, накапливать органическое вещество, образовывать мощную листовую поверхность, чтобы обеспечивать фотосинтез. Но вот пшеница выросла, заколосилась, потом зацвела. Наступила фаза восковой спелости. Вода теперь стала уже не нужна растению в больших количествах. Теперь для созревания плодов нужно больше тепла, чем влаги. И картина резко меняется. 2/з остаточной радиации тратится на нагревание пшеницы и только Уз идет на испарение. Если в это время измерить температуру листьев растений, то окажется, что она на 3—4 градуса выше температуры воздуха, тогда как в первую половину вегетационного периода она была примерно на 1 градус ниже ее.

Подводя итог сказанному, мы можем уже теперь совершенно определенно утверждать, что климат любой растительности (фитоклимат) не есть только результат непосредственного взаимодействия солнечной радиации с деятельной поверхностью, но что он сам является важнейшим механизмом, благодаря которому создается я поддерживается оптимальный режим, связывающий растения и среду, именно он часто определяет условия роста и развития растений и всю их жизнь.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.