Зачернение снега в практике садоводства
Среди разных мелиоративных мероприятий, проводимых в процессе зимовки плодовых деревьев и ягодных кустарников со снегом, важная роль принадлежит и приёму его специального зачернения. Основная цель зачернения снега – принудительное ускорение его таяния и решение тем самым задач улучшения условий зимовки указанных растений и некоторых других задач. Зачернение может проводиться в разные периоды присутствия снега на поверхности почвы.
В отношении необходимости этого приёма у большинства садоводов имеются самые смутные понятия. Не вносит ясности в этот вопрос и популярная садоводческая литература. Поэтому я решил на основе данных специальной литературы и собственного опыта рассказать о применимости приёма зачернения снега в садах в наших климатических условиях.
В настоящее время зачернение снега осенью, зимой и весной может быть вызвано как естественными, так и искусственными причинами. К числу естественных причин относится ветровая эрозия почв и перенос частиц почвы и пыли воздушными потоками на ближние и дальние расстояния, где они оседают на поверхности снега. Например, в СМИ неоднократно освещался такой дальний перенос пыли и частиц почвы из пустыни Сахары в Италию и другие европейские страны. Снег после оседания указанной пыли приобретал грязно-серый цвет. Но намного чаще может происходить подобная ветровая эрозия на близлежащем поле, и на своём, и на соседних садовых участках, продуваемых всеми ветрами, при полном выдувании снега. Причём такая ветровая эрозия может проявиться в любом открытом ветрам месте в любой период нахождения снега на поверхности почвы.
|
|
|
Наличие снега предохраняет почву от ветровой эрозии. При отсутствии снега почва высыхает и растрескивается. Без снега возможно обнажение корневой системы растений. Ветровая эрозия наиболее активно проявляется в молодом саду при выпадении снега на сухую и промёрзшую почву. Снег, выпадающий при оттепелях, покрывает почву оледенелой коркой, заметно уменьшая её разрушение. Снегозадержание – одно из важнейших мероприятий, предупреждающих ветровую эрозию почвы. При ветровой эрозии снижается плодородие почвы, а частицы песка и снега, переносимые ветром, повреждают покровные ткани растений. Нарушение их целостности иссушает ткани в ранневесенний период, и они нередко отмирают.
Сильное загрязнение снега в саду продуктами эрозии ведёт к нежелательным последствиям. При высоте снега 50-70 см он рано сходит весной, сильно испаряется, что сокращает количество талой воды. При высоте 150-200 см грязный снег вначале усиленно тает, но потом частицы почвы покрывают его сплошным слоем и задерживают таяние до середины лета. Яблони, груши, сливы, вишни и многие ягодные кустарники при нахождении длительное время под таким снегом сильно угнетаются или полностью погибают. После таяния грязного снега на почве возникает плотная корка, которая препятствует всходам посеянных осенью семян. То есть в последнем случае главной причиной сильного угнетения или полной гибели плодовых и ягодных растений при длительном нахождении грязного снега на поверхности почвы является очень сильная задержка жизнедеятельности их корневой системы.
|
|
|
К числу причин искусственного зачернения снега могут быть отнесены явления техногенного характера и явления, связанные с проведением специальных мелиоративных мероприятий со снегом. Здесь, я думаю, всем хорошо известно о сильном загрязнении снега на значительной площади в местах расположения многих металлургических, химических, строительных материалов и некоторых других предприятий, а также и тепловых электростанций. Могут вносить свой вклад в загрязнение снега и многие малые местные котельные. Такое загрязнение снега может происходить постоянно в течение всей зимы или кратковременно при нарушении технологии производства.
|
|
|
Например, совсем недавно в СМИ сообщалось, что в Омске в течение двух суток поверхность снега из белой превращалась в чёрную по вине одного из химических предприятий. Причём подобные кратковременные выбросы сажи или пыли могут случаться в течение зимы в любое время.
Техногенные искусственные зачернения снега так же, как и естественные, во многих случаях могут оказывать негативное влияние на жизнедеятельность садовых растений.
Но наряду с указанными явлениями искусственного техногенного характера загрязнения снега уже давно, наоборот, для облегчения жизнедеятельности садовых растений используются специальные искусственные мелиоративные мероприятия, связанные с зачернением снега. Причем указанные мероприятия в зависимости от обстоятельств применяются в течение осени, зимы и весны. Как уже было сказано выше, основной задачей зачернения снега является ускорение его таяния под действием солнечных лучей. Хорошо известно, что снег обладает свойством очень хорошего отражения солнечных лучей, так как имеет высокое альбедо. А альбедо определяет количество лучистой энергии, которое поглощается снежным покровом. Поэтому величина альбедо имеет самое большое значение для увеличения скорости таяния снега. Она зависит от многих причин, и в особенности от цвета снежной поверхности. Например, альбедо плотной сухой и чистой снежной поверхности составляет от 86 до 95%, то есть практически всю падающую лучистую энергию такая поверхность снега отражает обратно. А вот величина альбедо зачерненной снежной поверхности очень малая, что и способствует более быстрому таянию снега.
|
|
|
Начало необходимости применения специального зачернения снега приходится на сентябрь или первую половину октября. В этот период в северных странах нередки случаи выпадения снега значительной высоты во время уборки зерновых, пропашных и других сельскохозяйственных культур. Для ускорения таяния снега и спасения тем самым значительной части урожая, попавшего под снег, например, применялось несколько раз зачернение выпавшего на поля снега в конце сентября в США и Канаде. Так, в штате Колорадо в США спасали урожай сахарной свёклы, покрыв снежную поверхность угольной пылью, а в провинции Альберта спасали урожай пшеницы, покрыв снежную поверхность сажей. При этом зачернению подвергалась вся площадь полей, занятых указанными культурами. В принципе, такое зачернение в случае образования большого снежного покрова в сентябре целесообразно и на наших садовых участках для облегчения уборки овощей. В этой связи я вспоминаю очень большую мороку с уборкой моркови у себя в саду в сентябре 1958 года, когда снежный покров высотой 15-20 см образовался 20 сентября и пролежал где-то до 7-8 октября. Домашними было принято решение – выкапывать морковь из-под снега в последние дни сентября, что вылилось в большие затраты времени, труда и нехорошие восклицания. А ведь зачернение двух гряд с морковью в первые дни образования снежного покрова очень просто решило бы её выкопку.
Дальше, необходимость использования зачернения может возникнуть уже с момента замерзания почвы и выпадения первого снега, и связана она с образованием ледяной корки. Ледяная корка на полях и в садах образуется во время морозов, сменяющих зимние оттепели, а также и при замерзании воды на полях и в садах, образовавшейся в результате осенних дождей или снеготаяния ранней весной. Кроме того, ледяная корка образуется в виде гололедицы при выпадении жидких переохлажденных осадков, как это случилось, например, в Москве 25 декабря этого года.
Различают два вида ледяной корки: притёртая и подвесная. Притёртая ледяная корка – слой льда, вплотную смёрзшийся с почвой, особенно в условиях бесснежья при низких температурах воздуха и в местах застоя талых вод в весенний период. Подвесная ледяная корка – ледяная прослойка в снегу на различной высоте от поверхности почвы.
Притёртые ледяные корки, когда образовавшийся лёд смерзается в одно целое с верхним переувлажнённым слоем почвы и находящимися в этом слое растениями, может причинить существенный вред на полях озимым культурам и сеяным травам, а в садах – землянике. По исследованиям специалистов, основными элементами погоды, в совокупности определяющими образование притёртой к почве ледяной корки, являются следующие: температура воздуха, число дней с оттепелью, интенсивность оттепелей, высота снежного покрова, глубина промерзания и оттаивания почвы, число ясных дней, а также рельеф расположения поля или садового участка. В зависимости от количественных значений перечисленных параметров образуется ледяная корка определённой толщины, с различной продолжительностью залегания, степенью покрытия влагой и так далее, обуславливающая определенную степень повреждения озимых культур и сеяных трав или земляники. Проведённые наблюдения показали, что вредными для озимых, сеяных трав и земляники являются такие корки, залегающие на полях и в садах в течение 30 дней и более при глубине промерзания почвы 20 см и более и суммой положительных температур выше 5°С. Естественно, что при более длительном залегании ледяной корки и увеличении ее толщины вредность корки увеличивается.
Повреждения и гибель озимых культур, сеяных трав и земляники под притёртой к почве ледяной коркой происходит вследствие непосредственного влияния её на растения и вследствие действия сопутствующих факторов (вымерзание, вымокание, выпревание и других). Растения, сильно вмёрзшие в лёд, повреждаются, а иногда и гибнут из-за нарушения газообмена, недостатка кислорода и избытка углекислого газа. Большое значение при этом имеет также и механическое давление льда. Ледяная корка усиливает действие морозов, то есть гибель растений под коркой наступает при более высоких температурах. Степень повреждения растений от ледяной корки зависит и от состояния их осенью. Под снегом вредное влияние ледяной корки уменьшается. На полях и на садовых участках, где притёртая ледяная корка образовалась в начале зимы, а уровень снега небольшой, её целесообразно разрушить с помощью воздействия солнечных лучей на зачернённую поверхность снега или льда и её таяния или механического разрушения ледяной корки почвообрабатывающими орудиями. Во времена бывшего Союза в ряде зерновых совхозов для разрушения ледяной корки на посевах озимых её зачернение использовалось довольно часто.
Для зачернения снега и льда могут быть использованы зола, земля, торфяная крошка, угольная пыль и другие подобные материалы.
Здесь следует сказать, что подвесные ледяные корки практически не оказывают вредного действия на состояние зимующих растений.
Но необходимость зачернения снега может потребоваться и в середине зимы в случае её большой многоснежности и появления сугробов высотой 1-1,5 м и больше. При такой высоте снежного покрова имеется большая вероятность оттаивания почвы от глубинного тепла и установления на её поверхности температуры выше 0°С, что грозит подопреванием и не прохождением периода зимнего покоя. А это опасно и для всех плодовых, и многих ягодников, включая землянику. Зачернение снега в подобных случаях, но не сплошное, а полосами, скажем, даже при скупом январском солнце, способно разрушить монолитную структуру снежного покрова, вызвать оседание и уплотнение зачерненных полос и обеспечить тем самым поступление холодного наружного воздуха во внизлежащие слои снега, что может исключить возможность оттаивания почвы. В случае появления очень высоких сугробов в другие зимние месяцы проведение такого зимнего зачернения снега целесообразно делать и в эти месяцы.
Наиболее часто в настоящее время необходимость зачернения снега встречается весной, до наступления таяния его, с целью защиты деревьев и кустарников от снеголомов. Причём в Свердловской области чаще всего снеголомы возникают при скоплении большого количества переносимого снега. Обычно в феврале здесь выпадение снега сопровождается низкими температурами и сильными ветрами. Перенос снега оказывается очень большим. Переносимый снег сильно истирается и, попадая в сад, откладывается очень плотным слоем, прочно охватывая ветки. Причём плотные слои снега перемежаются с рыхлыми.
Уплотнению снега в верхних горизонтах в немалой степени способствуют и процессы, протекающие в снегу. Особенно активно они протекают в весенний период и приводят к образованию льдообразного снега. Такой снег весьма прочно охватывает ветви, при оседании увлекает их за собой, отдирает или переламывает.
Оседание снега происходит из-за того, что нижние горизонты его разрыхлены. Разрыхление снега протекает почти в течение всей зимы. Этому способствует непрерывное, хотя и слабое, поступление тепла из почвы и отвод его с поверхности в более холодный воздух. В случае присутствия в ходе зимы оттепелей с резкими переходами к достаточно низким отрицательным температурам, а также применение полосного зачернения снега в прошедшие месяцы в снегу могут наблюдаться подвесные ледяные корки, но наиболее часто могут встречаться прослойки уплотнённого ветрами снега. Такие корки обвисают на ветвях и стволах. Увеличение нагрузки на такую плотную корку в виде последующего выпадения снега ведёт к его оседанию. Оседание снега если и не вызывает полного перелома ветвей, то сильно нарушает их нормальное положение.
Изменение формы сугроба при его таянии вызывает сжатие слоёв снега, в результате чего происходят снеголомы. Более рыхлые слои сжимаются сильнее, плотные слабее. Величина этого сжатия неодинакова и по вертикали снежного наноса. Так, рыхлые слои преобладают в верхней и самой нижней припочвенной части сугроба, в то время как плотные находятся в середине. Сжатие любого слоя вызывает во всех вышерасположенных точках сугроба осадку, величина которой нарастает сверху вниз. Устойчивость отдельных видов и сортов плодовых и ягодных растений к снеголомам различна.
В наибольшей степени от снеголомов повреждаются штамбовые яблони, груши, сливы и другие плодовые культуры. В молодом возрасте они могут быть сильно повреждены снегом меньшей высоты (100 см), чем в период плодоношения, когда деревья заметно страдают лишь при высоте снега в 150-200 см. Молодые деревца могут иметь перелом стволиков в нескольких местах. У взрослых деревьев чаще всего происходит отдирание сучьев, попавших в снег.
Деревья яблони и груши в стланцевой форме практически не страдают от снеголомов. У них может наблюдаться только достаточно редко отдирание отдельных высокорасположенных ветвей. Смородина и крыжовник также практически не страдают от снеголомов. Совершенно не страдает от снеголомов пригнутая малина, в то время как малина, оставленная без пригибания, может полностью иметь изломанные побеги.
Основными способами устранения снеголомов в существующих садах являются окапывание деревьев и кустарников от заносов и разрушение глыбы снега внутри кроны, что достаточно трудоемко и сопряжено с возможностью повреждения сучьев и ствола, и зачернение снега, что намного проще и безопаснее для растений. Зачернение снега делают в начале марта шириною в 10-15 см через каждые 50-60 см, направляя их с запада на восток. Такое зачернение снега, как и полосное зачернение снега в зимние месяцы, нарушает монолитность снежного покрова и уменьшает его давление на ветви. Но в зимние месяцы из-за меньшей энергии солнечных лучей ширину зачерненной полосы следует делать большей, порядка 15-20 см. Для зачернения также используется зола, земля, торфяная крошка и другие подобные материалы. Поверхность снега после его полосного зачернения в марте очень быстро приобретает волнистое строение, что нарушает его монолитность. Особенно ускоряет таяние снега угольная пыль. Она намного меньше отражает солнечных лучей, чем указанные материалы, хорошо сохраняет структуру первоначального распыления, меньше смывается талой водой. Зачернение снега предохраняет деревья и кусты от поломок, когда таяние происходит при ясной, тихой погоде или слабых ветрах северного направления. Ускорение снеготаяния не наблюдается, или оно бывает слабым при пасмурной погоде и после выпадения свежего снега. И еще хочу заметить, что в данном случае недопустимым является сплошное зачернение снега указанными материалами, так как оно может привести к сильному оттенению снега и его таяние замедлится.
Зачернение снега применимо и в период таяния его для более эффективной задержки талых вод. Для зачернения используются зола, земля, торфяная крошка. Зачернение производят в междурядьях полосами. На полосах, покрытых золою, землёй или торфяной крошкой, снег сходит раньше. Почва прогревается быстрее, оттаивает и хорошо поглощает талые воды, что уменьшает их потери.
Таким образом, специальное зачернение снега в разные периоды его нахождения на поверхности почвы – от появления и установления постоянного снежного покрова, до таяния и полного схода – является достаточно эффективным приёмом обеспечения нормальной жизнедеятельности плодовых деревьев и ягодных кустарников в процессе всей зимовки.
Конечно, эффективность этого приёма сильно зависит от погодных условий, но в большинстве случаев остаётся достаточно высокой.
Я в своей практике применял значительное число раз зачернение снега торфяной крошкой и землёй полосами у отдельных плодовых деревьев в ряде многоснежных зим в январе, феврале и марте, и это зачернение оказывало вполне положительное действие. Кроме того, очень часто я использовал зачернение снега землёй полосами для задержки талых вод. За все время было только два случая, когда зачернение снега не дало эффекта. И случилось это в марте, когда солнечные лучи уже хорошо грели. В чем была причина, я так и не сумел установить. Основываясь на серьёзных литературных данных и на своем опыте, считаю, что для поддержания нормальной жизнедеятельности садовых растений в процессе зимовки применение приёма зачернения снега в любительской садоводческой практике вполне целесообразно.
В. Н. Шаламов
Дыхание растений зимой
Прежде чем говорить о дыхании растений зимой, я попробую коротко рассказать о самой сущности процесса их дыхания. Дыхание – это процесс, свойственный всем живым организмам, включая и растения. Оно присуще любому органу, любой ткани, каждой клетке, которые дышат в течение всей жизни. Дыхание представляет собой окислительный распад органических веществ, в первую очередь углеводов, в результате, которого высвобождается энергия и образуется углекислый газ (CO2) и вода (H2O). Вещество, распадающееся в процессе дыхания, получило название дыхательного субстрата. По существу, дыхание ничем не отличается от горения. Принципиальное отличие дыхания состоит в том, что это многоступенчатый ферментативный процесс. Постепенность окисления обеспечивает образование большого количества промежуточных продуктов, которые используются в качестве полуфабрикатов для различных биосинтезов, а также выделение отдельных порций энергии и возможность их запасания в специальном химическом соединении (АТФ). В этом и состоит основное физиологическое значение процесса дыхания.
Основной путь окисления углеводов в растении состоит из двух стадий – аэробной и анаэробной. В соответствии с современными представлениями процесс дыхания включает два этапа. В ходе первого этапа, которому кислород не нужен, дыхательный субстрат, например глюкоза, распадается до пировиноградной кислоты, которая в ходе второго этапа может окисляться в присутствии кислорода (O2) до CO2 и воды – аэробная стадия. Если же процесс превращения пировиноградной кислоты в ходе второго этапа осуществляется без присутствия кислорода в анаэробных условиях, протекает брожение с образованием CO2 – анаэробная стадия. Анаэробная и аэробная стадии превращения дыхательного субстрата являются двумя сторонами единого дыхательного процесса. В отсутствии кислорода основным источником энергии в клетке служит брожение, а в аэробных условиях – окислительное расщепление дыхательных субстратов. Энергетическая эффективность анаэробного процесса дыхания значительно ниже аэробного дыхания.
Процесс дыхания у разных растений и их органов неодинаков, и его сравнивают по интенсивности, то есть по количеству выделенного CO2 на единицу массы в единицу времени. Интенсивность дыхания главным образом зависит от потребностей организма в продуктах дыхания и в первую очередь в АТФ. Как правило, более молодые растущие органы и ткани дышат интенсивнее. Так, максимальная интенсивность дыхания листьев и корней в их молодом возрасте снижается по мере уменьшения скорости роста. При старении листьев часто наблюдается временное повышение интенсивности дыхания, однако его энергетическая эффективность при этом снижается. Субстратом для дыхания растений могут служить не только глюкоза, но и жиры, белки, предварительно подвергнутые гидролизу, а также и органические кислоты.
Помимо зависимости дыхания растений от внутренних факторов существует зависимость его и от внешних факторов, к которым относятся содержание воды в растении, температура окружающего воздуха и почвы, степень аэрации, наличие у растения болезней или повреждений насекомыми, а также других механических повреждений. Недостаток влаги влияет на все процессы жизнедеятельности. С усилением водного дефицита, прежде всего, подавляется рост, затем фотосинтез и в последнюю очередь дыхание. Причём если интенсивность дыхания уменьшается примерно в 2 раза, то интенсивность фотосинтеза в 5 раз. При быстром нарастании водного дефицита часто наблюдается вспышка дыхания, но его энергетическая эффективность при этом снижается. Всё это неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности и продуктивности растений.
Нижний температурный предел дыхания лежит значительно ниже 0°С. По данным академика Н. А. Максимова, почки зимующих и иглы хвойных деревьев могут дышать при -20...-25°С. О таком дыхании при таких отрицательных температурах я расскажу ниже подробно. Интенсивность дыхания быстро возрастает при повышении температуры до 35-40°С. Дальнейшее увеличение температуры приводит к снижению дыхания. В интервале температур от 0 до 40°С при повышении температуры на 10°С интенсивность дыхания примерно удваивается.
Существенное значение для процесса дыхания имеет аэрация, то есть содержание кислорода в окружающей растения атмосфере. Обычное содержание кислорода в воздухе (до 21%) достаточно для нормального дыхания растений. Угнетение дыхания начинается при содержании кислорода менее 5%, в этом случае может начаться анаэробное дыхание. О последствиях такого дыхания растений также расскажу ниже подробно. Интенсивность дыхания в результате инфицирования растений патогенами обычно повышается. Это может сочетаться с нарушением процесса окисления и возрастанием доли анаэробного дыхания, что значительно снижает запасание энергии окисления в АТФ и увеличивает рассеяние энергии в виде тепла. Особенно это характерно для растений неустойчивых к патогену.
Наряду с болезнями значительный урон растениям наносят вредители, что обусловлено в том числе и существенной стимуляцией дыхания, и объясняется возрастанием энергетических затрат на загрузку продуктами фотосинтеза флоэмных окончаний и на восстановительные процессы. Интенсивность дыхания резко возрастает при механическом повреждении растения, что является защитной реакцией организма.
Дыхание занимает важное место в решении проблемы продуктивности растений. Особый интерес представляет оценка количественного соотношения дыхания и фотосинтеза. При фотосинтезе происходит накопление органических веществ, при дыхании их мобилизация для обеспечения всех процессов жизнедеятельности. Дыхание поставляет энергию для биосинтезов, поглощения и транспорта веществ, совершения механической (движения органов, внутреннее перемещение органелл), электрической (генерация биотоков) и других видов работы в клетке. Дыхание обеспечивает различные биосинтезы восстановителями и промежуточными продуктами как полуфабрикатами. В процессе окисления происходит детоксикация ядовитых продуктов обмена веществ. Таким образом, дыхание тесно связанно со всеми процессами обмена веществ организма и является процессом, без которого невозможна жизнь. Поэтому вопрос о соотношении фотосинтеза и дыхания в процессе создания урожая далеко выходит за рамки простого сопоставления функций синтеза и распада органических соединений растения.
В углеродном балансе целого растения затраты продуктов фотосинтеза на дыхание в благоприятных условиях роста и развития составляют 30-40%, то есть на накопление биомассы расходуется лишь около половины усвоенного при фотосинтезе углерода. Остальная часть углерода окисляется в процессе дыхания. Образующиеся при этом энергетические эквиваленты (АТФ) и промежуточные продукты используются в процессах, связанных с образованием биомассы растения и поддержанием её структурной и функциональной целостности.
Таким образом, при внимательном прочтении изложенной сущности процесса дыхания растений можно понять, что дыхание, как и фотосинтез, играют основополагающую роль в жизнедеятельности всех растений. Поэтому для обеспечения нормальной жизнедеятельности любого растения в любые периоды его жизни, в том числе и в зимние периоды, нужно обеспечивать ему нормальные условия для выполнения процесса дыхания. То есть иметь всегда для выполнения процесса дыхания нужные запасы продуктов фотосинтеза, нужные водные, температурные, воздушные условия и отсутствие поражений болезнями и повреждений механических и вредителями, что в реальной жизни трудно осуществимо.
Дальше я хочу перейти непосредственно к вопросу, являющемуся главной темой данной статьи. А как растения дышат зимой? Как известно, основное поступление кислорода воздуха для дыхания происходит у растений в течение всего вегетационного периода – у листьев через открытые устьица, у побегов, сучьев и стволов через открытые чечевички. Кроме того, небольшая часть кислорода воздуха проникает в растение через кутикулу – защитную поверхностную оболочку всех органов растений – и, возможно, в составе водного тока из их корневой системы, которая также используется для дыхания. А что же происходит с указанными путями поступления кислорода воздуха после окончания периода вегетации растений?
Осенью в конце сентября или начале октября у всех плодовых, ягодных, орехоплодных и других древесных растений заканчивается рост, происходит опадание листьев, и они переходят в состояние покоя. После опадения листьев место отделения быстро зарастает непроницаемым пробковым слоем. Чечевички побегов, сучьев и стволов также закрываются прочной пробковой тканью. В результате газообмен через кору оказывается сильно ограниченным, дыхание и транспирация воды в надземных частях растения сильно ослабевают и осуществляются только через кутикулу. Но после листопада биохимические процессы не затухают, некоторые из них даже активизируются, и всё это требует постоянного присутствия уже ослабленного дыхания. У травянистых растений – естественно растущие и сеяные травы, озимые, земляника и другие, – зимующих с зелеными листьями, осенью при понижении температуры воздуха и сокращении длины дня ростовые процессы также приостанавливаются, но состояния покоя у них при этом не бывает. В таких условиях газообмен через их покровы и дыхание также сильно ослабевают, но для поддержания необходимых биохимических процессов ослабленный режим дыхания сохраняется. Указанный ослабленный режим аэробного дыхания в условиях нормальной зимовки растений не требует больших трат запасённых продуктов фотосинтеза.
Проведённые наблюдения подтвердили сказанное и показали, что у растений, находящихся в состоянии покоя, интенсивность дыхания действительно значительно снижается. При этом такая слабая интенсивность дыхания наблюдается в течение всего осенне-зимнего периода, особенно после завершения прохождения первой и второй стадии закалки. Изменение интенсивности дыхания зависит от температуры окружающего воздуха, температуры внутри снежного покрова и на поверхности почвы под снежным покровом, если присутствует снежный покров и растения или их части находятся в нем. Большое влияние на усиление интенсивности дыхания оказывает повышение температуры окружающей среды, особенно до положительных значений. Снижение температуры окружающей среды влечёт снижение интенсивности дыхания. Снежный покров даже большой высоты и плотности не препятствует нарушению интенсивности аэробного дыхания. Частичное или полное нарушение аэробного дыхания и переход на анаэробное дыхание в основном может происходить только при образовании над растением притёртой ледяной корки – слоя льда, вплотную смерзшегося с почвой, или длительном пребывании его или его частей под мощным снежным покровом при температуре, близкой к 0°С, без света в талой или слабо промерзшей почве. Похожее же явление может происходить и не только зимой, но и весной, летом и осенью при длительном затоплении растений водой, это – так называемое вымокание.
Как уже было сказано выше, еще в исследованиях Н. А. Максимова было установлено, что дыхание почек у древесных растений, а это наиболее сильно дышащие зимой части данных растений, наблюдалось при -20…-25°С, причем со снижением температуры воздуха происходило существенное снижение интенсивности дыхания. Как это может происходить в действительности, например у плодовых деревьев, можно увидеть на рис.1, где мною приведены результаты проведённого в США опыта по измерению сезонной зависимости интенсивности дыхания почек дерева груши (П. Д. Крамер, Т. Т. Козловский «Физиология древесных растений», Москва, «Лесная промышленность», 1983 г.). При рассмотрении данного рисунка видно, что интенсивность дыхания почек дерева груши после вступления его в органический покой и нахождения в вынужденном покое уменьшается в 5 раз. Но опыт проводился в климатических условиях Калифорнии, где низких отрицательных температур воздуха в зимние периоды не наблюдается, поэтому и уменьшение интенсивности дыхания в период нахождения дерева груши в покое в эти периоды наблюдается не очень большим. В наших климатических условиях интенсивность дыхания плодовых деревьев в период зимнего покоя должна будет снижаться, конечно, в большее число раз.
Зимующие травянистые растения – озимые, сеяные травы, земляника и другие, как уже было сказано, не имеют периода покоя. Они обладают только способностью более резко снижать интенсивность роста и дыхания при низких положительных температурах воздуха. После закалки в зимние месяцы они способны переносить очень низкие температуры и снижать интенсивность дыхания практически до нуля. Так, в опытах П. А. Генкеля и Л. С. Литвинова в зимние месяцы при отрицательных температурах воздуха у земляники наблюдалось резкое снижение интенсивности дыхания и нахождение листьев и побегов в анабиотическом состоянии.
Как показали наблюдения за дыханием растений при зимовке в годы с ровным ходом отрицательных температур воздуха, их затраты запасенных продуктов фотосинтеза на дыхание оказываются не очень значительными. Но зимы у нас могут быть морозные и тёплые, многоснежные и малоснежные. В снежные зимы все травянистые растения и большая часть кустарников, а также нижняя часть деревьев находятся полностью в снегу, где ход температуры ровен и однообразен и намного выше, чем в воздухе и особенно на поверхности снега. Так, по наблюдениям Г. В. Васильченко, температуры на поверхности почвы под снегом в одну из сибирских зим при температуре на поверхности снега -40,5°С составляли при высоте снега 15-22 см -11,4°С, при высоте снега 60–85 см -1,8°С и при высоте снега 97-170 см 0…-0,3°С. То есть даже при такой аномально низкой для растений температуре воздуха на поверхности снега у растений или их частей полностью укрытых снегом должно наблюдаться довольно интенсивное дыхание, начиная от поверхности почвы до некоторой высоты в толще снежного покрова. Например, такое дыхание при этом листьев и побегов земляники должно наблюдаться при высоте снежного покрова 50-60 см, дыхание почек побегов кустарников и деревьев (стланцев яблони и груши) при этой высоте будет наблюдаться до высоты 30-40 см от поверхности почвы, а при высоте снежного покрова около 20 см – у почек этих побегов, расположенных вблизи поверхности почвы. Таким образом, наибольшая интенсивность дыхания у растений зимой наблюдается в тёплые и многоснежные зимы, наибольшими в такие зимы оказываются и затраты продуктов фотосинтеза на дыхание.
Исследования разных учёных по зимнему дыханию выявили зависимость интенсивности дыхания плодовых, ягодных и орехоплодных растений от их морозоустойчивости. Так, в опытах Н. Н. Моисеева при изучении интенсивности дыхания войлочной и песчаной вишен, степного миндаля, сливы, абрикоса, персика усиление интенсивности дыхания зимой больше всего наблюдалось у персика, наименее морозоустойчивого растения. Далее несколько меньшее усиление интенсивности дыхания присутствовало у абрикоса и сливы и очень слабо повышалась интенсивность дыхания у морозоустойчивых войлочной и песчаной вишен. То есть степень интенсивности дыхания растений зимой является одним из показателей, характеризующих степень морозоустойчивости растений.Кроме того, в этом же опыте было подтверждено, что изменение интенсивности дыхания слабее у старых побегов. В опыте З.Г. Ракитиной было найдено, что большое влияние на интенсивность дыхания оказывает температура, при которой растение находилось до начала опыта. Усиленное выделение растением углекислого газа при резкой смене температуры зависит от повышения интенсивности дыхания, которая стимулируется резкой сменой температур. То есть изменение интенсивности дыхания следует за ходом изменения температуры.Также было выявлено, что интенсивность дыхания сильно зависит и от глубины покоя растений.
С зимним дыханием связано и такое очень неприятное явление в жизни растений, как выпревание. Выпревание сопряжено с частичной или полной гибелью самих растений или их частей при нахождении этих растений в снегу. Выпревание земляники, озимых, сеяных трав и других зимующих травянистых растений, как показали исследования академика И. И. Туманова, происходит в результате расхода запасенных углеводов на дыхание и невозможности их пополнения. Он в зависимости от хода физиологических процессов при выпревании растений выделяет три различные стадии: 1 – углеводное истощение, голодание; 2 – распад органических веществ; 3 – гибель растений при развитии грибных заболеваний. Растения начинают голодать и расходовать белки, когда у них остаётся всего 2-4% углеводов, что обычно бывает в конце зимы и в период снеготаяния. Наиболее часто выпреванию способствует выпадение снега на незамерзшую почву, быстрое увеличение высоты снежного покрова и достаточно высокая температура воздуха. При этих условиях температура под снегом удерживается около 0°С, и у растений, укрытых снегом, продолжаются процессы дыхания и расхода запасённых углеводов. Расход углеводов на дыхание зависит от температуры и величины надземной массы растений. Так, анализ условий выпревания озимых, проведенный И. М. Петуниным показал, что при 7°С наблюдается почти нормальная интенсивность дыхания, и при понижении температуры до 0°С расход запасенных углеводов на дыхание сокращается только вдвое, оставаясь достаточно высоким.
Таким образом, чем выше температура, тем интенсивнее идёт расход запасённых углеводов, тем, следовательно, вероятнее гибель зимующих травянистых растений от выпревания. Особенно интенсивный расход запасённых углеводов вызывает переход растений на анаэробное дыхание при сильном затруднение к ним доступа воздуха. Однако, в принципе, растения экономно расходуют запасенные углеводы даже при анаэробном дыхании, поэтому гибель их наблюдается только при большой длительности нахождения в условиях, способствующих выпреванию, обычно не менее 30-40 дней. Хотя и при более коротком неблагоприятном периоде может происходить гибель какого-то их количества. Условия, вызывающие выпревание, одновременно способствуют возникновению грибных заболеваний (снежная плесень и другие), которые усиливают процессы выпревания и часто являются конечной причиной гибели земляники, озимых и сеяных трав.
Но зимнему выпреванию подвержены и древесные кустарники и деревья. Так, по наблюдениям З. И. Лучник в Горно-Алтайском и Барнаульском дендрариях НИИ садоводство Сибири из числа всех испытанных видов древесных растений выпреванию подвергались 133 их вида. Особенно сильно подвержены выпреванию отдельные косточковые плодовые растения, такие, как уссурийская, китайская, канадская, американская сливы и вишнесливы, абрикос, войлочная, песчаная, железистая и степная вишни, Маака, Максимовича, сахалинская черёмухи, отдельные виды миндаля и еще ряд подобных косточковых плодовых растений. Выпревание данных растений так же, как и у зимующих травянистых растений, связанно с процессами зимнего дыхания, но имеет некоторую специфику. Наиболее полное исследование особенностей выпревания косточковых плодовых растений было проведено В. М. Бурдасовым в НИИ садоводства Сибири.
По данным его исследований, выпревание оказалось последовательной цепью аномальных изменений в указанных растениях, зимующих под снегом. Первым звеном в этой цепи является льдообразование в тканях ствола у поверхности почвы до или во время формирования устойчивого снежного покрова. Лёд в тканях основания стеблевой части растения создаёт преграду для газообмена клеток, тканей и органа с окружающей средой. Льдообразование в межклеточных полостях может усиливаться при слабом вызревании тканей, их высокой оводненности и высокой подаче воды корнями из талой почвы в надземную охлаждённую часть растения.
Вторым звеном выпревания является недостаточный уровень снижения интенсивности дыхания тканей. После образования устойчивого снежного покрова температура у поверхности почвы может стабилизироваться в интервале 0…-3°С. При этой температуре у выпревающих растений интенсивность дыхания еще сравнительно высока. Например, при проведении исследований у выпревающего абрикоса сибирского поглощение в процессе дыхания кислорода при температурах 3,0 и -6°С было больше чем у невыпревающей черемухи обыкновенной соответственно в 1,83; 1,61 и 1,75 раз. Постепенно в тканях кислород используется на дыхание, в то время как его поступление в орган из внешней среды затруднено ледяной преградой.
Третье звено выпревания – аноксия (недостаток кислорода) внутри органа и переключение на анаэробный путь дыхания.
Четвёртое звено – накопление углекислого газа и продуктов неполного окисления (спиртов, альдегидов, кислот и других веществ) при анаэробном дыхании. У выпревающих растений содержание углекислого газа и продуктов неполного окисления может достигать токсического порога, например спирта 2% и выше. Это вызывает повреждение мембран и других структур клетки с усилением удаления веществ из них.
Другим следствием анаэробного дыхания является энергетическое истощение – пятое звено выпревания. Оно заметно по более резкому снижению содержания углеводов у выпревающих растений. Однако в отдельные годы энергетический баланс клетки восстанавливается и отмечается репарация (исправление) повреждений.
Обычно же при таянии льда в тканях основания ствола весной под снегом или чаще после его разрушения наступает шестое, завершающее звено выпревания. Из внешней среды в истощенные, отравленные, поврежденные клетки начинает поступать кислород воздуха, ткани окисляются, буреют и необратимо разрушаются, вплоть до деструкции белков. В поврежденные ткани может внедряться разнообразная микрофлора, в том числе и та же самая снежная плесень.
Изучение самых разнообразных физиологических изменений показало, что более устойчивы к повреждениям типа выпревание растения с замедленной реакцией на отепление среды зимовки под снегом. Усиливают процессы выпревания следующие факторы внешней среды: влажное и холодное лето, осеннее переувлажнение почвы и растений, резкие перепады отрицательных температур, недостаточная закалка растений морозами перед образованием устойчивого снежного покрова, раннее образование снежного покрова на талой почве, удлинение срока зимовки растений под снегом при стабилизации температуры на поверхности почвы в интервале 0…-3°С.
Но зимой продолжают дышать и помещенные в снег для хранения черенки плодовых растений и их подвои, предназначенные для зимней и весенней прививок. Здесь сохранность черенков и подвоев косточковых плодовых растений от выпревания определяется теми же условиями, что и аналогичных выращиваемых деревьев и кустарников. В результате многолетних опытов, проведенных В. В. Путовым в НИИ садоводства Сибири, было установлено, что черенки сливы и других косточковых плодовых растений для зимней и весенней прививок надо заготавливать во второй половине ноября при значительном похолодании, желательно до наступления очень сильных морозов и уже промёрзшей почве. Рано заготовленные черенки (конец сентября–первая половина октября) хранятся хуже, так как в это время трудно создать при хранении нужный температурный режим для прохождения ими первой и начала второй стадий закалки.
Наилучшие показатели сохранности черенков были получены в следующих условиях. Для хранения черенков был построен дощатый сарай, стенки которого начинались выше уровня почвы на 25 см. В сарае устроен деревянный решетчатый пол, который был приподнят над почвой до 30-35 см. На пол перед закладкой черенков насыпался снег слоем 10–15 см. Затем укладывались черенки, которые засыпались снегом. Такой режим хранения в ноябре и декабре обеспечивал в снегу в месте расположения черенков температуру -3…-6°С, а в самые холодные дни января, когда температура воздуха опускалась до -30°С и ниже, там она снижалась до -23°С. Сохранность черенков при хранении в таких условиях оказалась 100%.
Опыты длительного воздействия на черенки при хранении небольших положительных температур порядка от 1 до 2°С показали, что процесс подопревания шёл постоянно. Сначала бурели сосудистые пучки под почками на побегах, затем погибали почки, появлялись отдельные бурые пятна на коре, которые постепенно увеличивались, охватывая всю поверхность коры. Подобный процесс наблюдался у черенков в начале зимы (ноябре–декабре), воздействие этих температур на здоровые черенки в апреле–мае вызывало лишь процесс набухания, а затем и распускания почек. То есть выпревание черенков вызывается длительным воздействием положительных температур в начале зимы. Хранение черенков при отрицательных температурах ниже -3…-5°С доводит до минимума процессы их дыхания и связанные с дыханием затраты запасенных углеводов. Такое же действие оказывают подобные условия при защите снегом от мороза и длительном нахождении в снегу на снятые с опор лозы актинидии и лимонника, да и часто побеги малины.
Таким образом, процесс дыхания у многолетних зимующих травянистых и древесных растений продолжается и во все зимние месяцы, но интенсивность дыхания при этом сильно снижается по сравнению с вегетационным периодом. Резкое снижение интенсивности дыхания у зимующих древесных растений начинается с начала вступления в органический покой и оканчивается после выхода их из вынужденного покоя. Зимнее дыхание требует затрат запасенных продуктов фотосинтеза – в основном углеводов при отсутствии их восполнения. Наименьшая интенсивность дыхания, а следовательно, и наименьшие затраты запасённых продуктов фотосинтеза наблюдаются во время зимовки при достаточно низких и ровных без частых и резких скачков отрицательных температурах воздуха. Особенно сказываются на повышении интенсивности дыхания и затрат продуктов фотосинтеза длительные зимние оттепели с положительной температурой воздуха, которые могут проявляться при нахождении растений или их частей полностью в снегу при большой высоте снежного покрова даже и при значительных отицательных температурах воздуха на поверхности снега.
Наиболее экономным по затратам продуктов фотосинтеза является аэробное дыхание. Но при длительном нахождении растений или их частей под снегом при температуре 0…-3°С и затруднении поступления к их тканям кислорода, снижении его до 3%, при переходе на анаэробное дыхание, или при длительном нахождении растений и их частей под снегом при 1-2°С при нормальном поступлении к их тканям кислорода при сначала аэробном дыхании и последующем переходе на анаэробное дыхание ткани растений затрачивают на дыхание почти все запасенные углеводы, что вызывает их повреждение. В поврежденные ткани попадают из внешней среды микроорганизмы и усугубляют их дальнейшее повреждение, что может привести к гибели растений. Такие явления происходят и при выпреваниях земляники, и косточковых плодовых, и других подобных растений. Происходят они и при хранении в снегу до весенней прививки черенков, и до высадки весной подвоев косточковых и других плодовых растений, а также у укрытых снегом для защиты от морозов растений актинидии, лимонника, побегов малины и многих других растений. Вообще, любые без учёта особенностей зимнего дыхания растений непродуманные действия садоводов, связанные с сильным и длительным отеплением места расположения корневой шейки и сопряжённых с ней частей ствола и корня или всего растения с помощью плёнки, нетканого материала, снега и других подобных материалов, или нарушением поступления воздуха к тканям дерева или куста опять же при использовании для защиты от ожогов и резких скачков температуры ствола и оснований скелетных ветвей пленки, рубероида, да даже и побелки их составом, образующим после высыхания непропускающую воздух плёнку, или очень ранним срезом до завершения закалки черенков для весенней прививки, заворачиванием их полностью в плёнку перед укладкой на хранение в снег и ещё со многими другими действиями, могут привести растения или черенки к гибели. Поэтому садовые должны иметь понятие об особенностях зимнего дыхания садовых растений и по возможности использовать их для обеспечения благополучной зимовки и самих этих растений, и черенков для весенней посадки.
В. Н. Шаламов
Дата добавления: 2019-08-30; просмотров: 237; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!