§ 7. Умови життя рослин: світло, повітря, вода, мінеральні речовини

На попередньому уроці ви дізналися про будову насінини, розмноження рослин насінням та умови, необхідні для проростання насіння. Пригадайте, для чого рослині насіння. З яких частин складається насінина? Яка будова зародка? Які бувають плоди у квіткових рослин? Як розповсюджується насіння квіткових рослин? Які умови необхідні для проростання насінини?

Сьогодні на уроці ви дізнаєтеся про умови, необхідні для життя рослин.

Кожна рослина, щоб рости й розвиватися, потребує сприятливих умов навколишнього середовища. Для цього рослинам потрібні світло, тепло, вода, повітря та мінеральні речовини.

Світло — одна з найважливіших умов, необхідних для життя рослин. Не можна затіняти рослину. Якщо світло не потраплятиме на неї, то її зовнішній вигляд зміниться. Вона поблякне, її стебло стане довшим і тоншим. Це особливо помітно в кімнатних рослин узимку й молодих дерев, що ростуть у затінку лісу.

Тепло — необхідна умова для життя рослин. При зниженні температури до одного градуса морозу в організмі рослини припиняються майже всі життєві процеси: дихання, ріст, розмноження тощо.

• Подумайте, чому при від’ємній температурі припиняються важливі життєві процеси в рослини.

Навесні, коли температура підвищується, життєдіяльність рослин відновлюється. Але різні рослини для цього потребують не однакової температури навколишнього середовища. Одні з них теплолюбні. Інші, навпаки, — досить холодостійкі. Теплолюбні рослини завезли до нас із півдня. Вони гинуть за температури, нижчої ніж +10 °С. Це — кукурудза, квасоля, рис, гарбуз, кавун, диня, перець, огірки, кабачки, помідори. Холодостійкими вважаються такі рослини як пшениця, жито, ячмінь, овес. Насіння цих рослин може проростати при температурі від +1 до +3 °С. Їхні сходи легко переносять невеликі весняні заморозки.

Усі життєві процеси в рослинах відбуваються лише за достатньої кількості води. Вона розчиняє і переносить рослиною поживні речовини. Завдяки випаровуванню води рослина регулює тепловий режим і не перегрівається. Якщо води недостатньо, уповільнюється утворення нових пагонів, зменшується листя і знижується врожай.

Без повітря неможливе життя рослин. Вони цілодобово дихають повітрям. Під час дихання рослини поглинають кисень, а виділяють вуглекислий газ. У світлий час доби рослини засвоюють енергію Сонця. У результаті цього виділяють кисень. Рослини виділяють кисню більше, ніж поглинають.

У ґрунті також є повітря. Воно заповнює всі пустоти ґрунту, у яких немає води. Кількість повітря у ґрунті впливає на врожайність рослин. Що кращий обмін повітря у ґрунті — то кращі умови життя для рослини.

Рослина не буде жити й розвиватися без поживних речовин. Вони є джерелом енергії. До поживних речовин належать такі хімічні елементи як азот, фосфор, калій, кальцій.

Озима пшениця

Полив рослин

Вирубка лісів

Вони потрібні рослинам у великих кількостях. Більшість поживних речовин рослина бере з ґрунту. Вони утворюються з опалого листя, відмерлих рослин та решток померлих тварин.

Запам’ятайте

Поживні речовини — необхідні для життя й росту рослини хімічні елементи, які вона отримує з навколишнього середовища.

Запитання

• 1. Що потрібно рослинам для життя й розвитку?
• 2. Що відбудеться з рослиною, якщо їй не вистачатиме світла?
• 3. Що відбувається з рослиною під час морозу?
• 4. Які рослини належать до теплолюбних?
• 5. Які рослини вважають холодостійкими?
• 6. Яку роль у житті рослини відіграє вода?
• 7. Що поглинають рослини під час дихання?
• 8. Що виділяють рослини під час засвоєння енергії Сонця?
• 9. Із чого утворюються поживні речовини?

Завдання

• 1. Складіть речення зі слів: вода, Для, життя, світло, тепло, та, й, розвитку, мінеральні, потрібні, речовини, рослин, повітря.

Цікаво знати.

У північних країнах багато рослин не виживають. Там тривалий час холодно, а взимку великі морози. Але навіть у таких умовах люди навчилися вирощувати яблуні. Їхні плоди корисні та багаті на вітаміни.

Рослини під снігом не вимерзають навіть під час сильних морозів. Щоб захистити яблуні від морозів, саджають однорічні деревця. Їхні стовбури коротко обрізають або нахиляють. Схиливши акуратно стовбур до ґрунту, його закріплюють за допомогою шпильки або металевого гачка.

Від стовбурів відростають бічні гілки. Ці гілки обережно пригинають і також притримують гачками. Такими роботами займаються в травні-червні.

Яблуневі гілки ростуть на висоті 30-35 сантиметрів від землі. На цій висоті повітря тепле й вологе. У такому повітрі гілки яблунь добре розростаються, цвітуть і плодоносять.

На зиму гілки сланкої яблуні вкриваються снігом і не вимерзають. Адже при температурі повітря -30 °С під снігом всього 4-5 °С нижче нуля. Для рослин це не є загрозою.

Сланка яблуня

ЖИВЛЕННЯ РОСЛИН

Живлення – це обмін речовин між рослиною і навколишнім природним середовищем, перехід речовин з ґрунту і повітря в рослину до складу органічних сполук, які синтезуються в рослинному організмі, та виведення частини їх із нього.

За повітряного живлення рослини на відміну від кореневого живлення, зазвичай рівномірно забезпечуються вуглекислим газом (С02). Для фотосинтезу рослині потрібні світло, волога, мінеральні елементи. Цими чинниками та біологічними особливостями культур і визначається його інтенсивність.

Кореневе живлення залежить не лише від біологічних особливостей культур і забезпечення продуктами фотосинтезу, а й від інтенсивності росту кореневої системи, структури і вологості ґрунту, реакції середовища, вмісту та співвідношення рухомих сполук елементів живлення, діяльності ґрунтової біоти, кореневих виділень ТОЩО.

Хімічний і біохімічний склад рослин

Хімічний склад рослин – це вміст у них органічних і мінеральних речовин та деяких хімічних елементів. Зазвичай його виражають у відсотках маси сухої речовини (іноді маси всієї рослини у живому стані – “маса сирої речовини”).

Більшість сільськогосподарських культур у вегетативних органах містить 5– 15 % сухих речовин, решта 85–95 % – вода. У стиглому насіннєві вміст сухих речовин 85–90 %. Так, зерно хлібних злаків і бобових містить 85–88 % сухих речовин, насіння олійних культур – 90–93 %.

У зеленій масі злакових, бобових та інших культур значна частка води – 75– 85 %. Коренеплоди буряку і бульби картоплі містять 85–90 % води, головки капусти – 90–93, плоди помідора й огірка – 92–96 %.

У складі сухої речовини рослин 90–95 % становлять органічних сполук, які в рослинах представлені білками та іншими азотистими сполуками, жирами, крохмалем, цукрами, клітковиною, пектинами.

Якість сільськогосподарської продукції визначається вмістом органічних і мінеральних сполук. Так, якість зернових культур залежить від кількості білка і крохмалю, хлібопекарські якості зерна пшениці – від кількості та якості клейковини. У бобових міститься менше крохмалю, але більше білка. Насіння олійних культур оцінюють за вмістом жирів, а їх якість, у свою чергу, залежить від співвідношення в них насичених і ненасичених жирних кислот.

На якість і кількість органічних речовин у рослинах значно впливають умови живлення. Достатні кількості азоту й сірки у ґрунті сприяють утворенню в рослинах білків. Оптимальне фосфорне і калійне живлення забезпечує накопичення вуглеводів – цукрів, крохмалю, клітковини, а також жирів. Мікроелементи сприяють поліпшенню якості врожаю.

Між хімічним складом ґрунту і хімічним складом рослин немає прямої залежності. Деяких хімічних елементів у ґрунті може бути багато, але в рослини вони або зовсім не надходять, або потрапляють у дуже невеликих кількостях, а інших хімічних елементів, яких у ґрунті мало, в рослинах накопичується велика кількість – рослини немовби вибирають, вичерпують ці речовини з ґрунту. Отже, поглинання мінеральних речовин має вибірковий характер який успадковується генетично і водночас залежить від їх концентрації в живильному середовищі.

Різні вили рослин здатні накопичувати у своїх тканинах переважно різні хімічні елементи, наприклад буряк і картопля в розрахунку на суху речовину накопичують до 50 % оксиду калію, всі капустяні – до 25 % оксиду сірки, злаки – до 40 % оксиду силіцію. Такі розбіжності вмісту елементів живлення пов’язані з механізмом вибіркового поглинання та акумулювання, притаманного рослинам. Зазвичай за обсягами акумулювання в рослинах чільні місця посідають азот, фосфор і калій, іноді силіцій. Так, жито вирощене на тому самому ґрунті, що й пшениця, накопичує менше мангану, молібдену й міді, але значно більше бору. Кожен вид рослин характеризується вибірковою здатністю до засвоєння елементів і ставить свої вимоги до навколишнього середовища, що унеможливлює існування більшої кількості видів рослин, ніж у випадку однакових потреб. Сукупність, у тому числі сівозміна, повніше використовує природні ресурси і є стійкішою порівняно з монокультурою.

Хімічні елементи, необхідні для росту і формування врожаю, називають біогенними. Інші елементи живлення потрапляють у рослини випадково, пасивно і фактично не потрібні для їх росту й розвитку. Тому такі хімічні елементи називають абіогенними, хоча практично іноді вони можуть бути доволі важливими. Наприклад, астрагал та інші бобові рослини, що ростуть на ґрунтах, багатих на селен, накопичують його в такій кількості, що стають отруйними для сільськогосподарських тварин.

Вуглець, кисень, водень і азот називають органогенними елементами, оскільки з них складаються органічні речовини, вони формують близько 95 % маси сухої речовини рослин ( вуглець 45 %, кисень – 42, водень – 6,5, азот – 1,5 %). Вони надходять у рослини переважно у вигляді СO2, O2 і Н20. Решту 5 % становлять зольні елементи (залишаються після спалювання рослин – калій, кальцій, магній, фосфор та ін.). Проте окремі тканини й органи істотно відрізняються за вмістом золи. Так, зерно містить 3 % золи від маси сухої речовини, листки – 10–15, трав’янисті стебла і коріння – 4–5 %. Кількість золи в рослинах великою мірою залежить від складу ґрунту та умов зволоження: чим багатший ґрунт на солі й чим сухіший клімат, тим більше золи накопичується в рослині. Водяні рослини містять більше золи, ніж суходільні (у водоростів – до 50 % і більше). У складі рослин виявлено більшість елементів періодичної таблиці Д. І. Менделєєва. Нині в агрохімії найповніше вивчено фізіологічну роль тільки 27 із них.

За даними Л. Р. Ноздрюхіної (1977), для нормального розвитку організму необхідні 27 елементів, із них 11 макро (С, Η, О, N, Са, Mg, S, Р, Na, К, СІ) і 16 – мікро (мікробіогенні) – I, Cu, Zn, Μn, Co, Ni, Mo, As, В, Se, Cr, Fe, V, Si, F, Sn; для рослин – макроелементи плюс Fe, Cu, Zn, В, Si, Mo, V; для тварин – мікроелементи плюс Se, Cr, Ni, F, I, Sn, Fe, Cu, Zn, Si, Mo, V; в організмі людини набір елементів досягає 30.

Усі елементи, що входять у групу “необхідних”, фізіологічно незамінні, а їх функції в рослинах чітко специфічні. Нестача будь якого з них призводить до глибокого порушення обміну речовин і фізіолого-біохімічних процесів у рослинах, їх росту і розвитку, зниження врожаю та його якості. За гострого дефіциту елементів цієї групи у рослин виявляються характерні ознаки голодування. Проте кількісні потреби рослин у тому або іншому елементі досить різні.

Нині чітко встановлено, що життєва необхідність хімічних елементів визначається не скільки їх кількісним умістом в організмі, стільки активністю участі в процесах утворення органічної речовини. А це зазвичай визначається властивостями елемента (атомна маса, порядковий номер, потенціал іонізації, іонний потенціал, полярність та ін.).

Ймовірно, що сучасні й нові методи досліджень розширять список елементів, необхідних для рослин у дуже малих кількостях.

Загальна кількість хімічних елементів, залучених у біологічний колообіг, та їх співвідношення великою мірою залежать від групи організмів (рослини, мікроорганізми, тварини, людина). Хімічний склад живих організмів визначає характер обміну речовин між організмом і середовищем. Один і той самий хімічний елемент різні рослини утилізують у різних кількостях (табл. 2.1).

Таблиця 2.1. Приблизний вміст деяких елементів у золі рослин, % (Π. М. Смирнов, Е. А. Муравін)

Культура

Продукція

Р2O5

K2O

СаО

MgO

S03

Na2O

Різні також і кількісні співвідношення між елементами.

У процесі росту та розвитку хімічні елементи накопичуються в рослинах і організмах, тобто відбувається біологічна акумуляція. Біологічна акумуляція відповідає вилученню хімічних елементів рослинами й організмами з ґрунту, тривалість якого відповідає тривалості життя організму. В агроценозах цей процес відбувається щорічно і, на відміну від природних біоценозів, більша частина хімічних елементів відчужується з урожаєм безповоротно. Хімічний склад живих організмів зазвичай відображає фоновий вміст хімічних елементів у ландшафті (ґрунтах, водах). Вважається, що середній хімічний склад організмів – це систематична ознака ландшафту.

Представники різних ботанічних родин істотно відрізняються за вмістом хімічних елементів. Загальновідома акумуляція: молібдену бобовими (до 10 мг/кг і більше); літію – пасльоновими (тютюн – 75 мг/кг); мангану – рослинами, що містять таніди; селену – бобовими (астрагал) і т. д. А. П. Виноградов вважав елементарний склад організмів систематичною ознакою і зазначав, що з ускладненням організмів концентрування в них елементів зменшується. Проте серед вищих рослин є велика кількість видів, які вибірково акумулюють ті чи інші елементи.

Нормальний розвиток рослин, й отже оптимальний перебіг процесів відбувається тоді, коли рослини засвоюють хімічні елементи в чітко певних кількостях. Уміст кожного хімічного елемента в рослині є його кількісною геохімічною характеристикою, за якою можна реально оцінити геохімію та фізіологічне значення елемента. Кількість поглиненого елемента також обумовлена біологічними особливостями (генотипом), геохімічним середовищем та індивідуальними властивостями елементів. Вона може змінюватись у певних межах в одного виду рослин, але інтервал цих змін для нормального розвитку сільськогосподарських культур незначний. Наприклад, мангану для нормального розвитку необхідно від 2 до 3000 мг/кг сухої речовини; верхня межа нормального розвитку зонтичних, розоцвітих, виноградових не перевищує 200 мг/кг, для капустяних і трав (злакових, бобових) становить 470 мг/кг, тобто більш як у 2 рази вища. Для інших елементів (А1, As, Cd, Co, F, Fe, Li, Mo, Ni, Pb та ін.) цей розмах досягає 5-10 разів. Справді, багато чинників, які проявляються як у часі, так і в просторі, обумовлюють велике розмаїття вмісту конкретних елементів у рослинах певних родин, але в цілому орієнтовно він характерний і відображає вміст, властивий лише даному індивідууму. Тому хімічний склад рослин як діагностична ознака виду носить не глобальний, а регіональний характер (В. П. Кирилюк, 2006).

Вміст у рослинах макроелементів живлення виражають у формі відповідних оксидів.

Частка калію в золі листків більшості рослин становить 30–50 %, у виці, конюшині, люцерні вміст кальцію значно вищий, ніж калію. Вміст калію, фосфору і сірки у старих листках зменшується, а кальцію, навпаки, збільшується з 20–40 до 50–60 % маси золи.

Елементи, які входять до складу рослин у великих кількостях (від сотих часток до кількох відсотків маси сухої речовини), називають макроелементами. До них належать азот, фосфор, калій, кальцій, магній, сірка. Азот, фосфор і калій ще називають основними елементами живлення.

Елементи, вміст яких у рослинах не перевищує тисячних часток, називають мікроелементами. Це бор, манган, мідь, цинк, молібден, кобальт та ін.

Поділ хімічних елементів на макро- і мікроелементи досить умовний, оскільки потреба вищих рослин у калії в 1000 разів вища, ніж у борі, а потреба в залізі й мангані часто є однаковою. У зв’язку з цим багато вчених відносить залізо до мікроелементів, хоча за вмістом у рослинах воно належить до макроелементів.

Розподіл мікроелементів у органах рослин має певні закономірності. Наприклад, манган і молібден у великих кількостях містяться в листках, тоді як цинк, бор, кобальт і мідь за достатнього забезпечення ними накопичуються як у вегетативних, так і в генеративних органах. Відносно високий вміст бору характерний для зерна злакових культур, а в більшості бобових він міститься у вегетативних органах.

Культури по-різному реагують на наявність мікроелементів. Нижче перелічено культури, найчутливіші до дефіциту мікроелементів (І. П. Яцук, С. А. Балюк, 2013).

Елемент

Сільськогосподарська культура

Кукурудза, рис, гречка, льон, хміль, сорго, бобові, плодові, буряк цукровий. Соняшник, картопля, капуста цибуля

Пшениця, ячмінь, овес, просо, кукурудза, рис, буряк цукровий, соняшник, льон, бобові, плодові, овочеві

Бобові, буряк цукровий, ячмінь, жито, льон, гречка, пшениця

Овес, пшениця, ячмінь, кукурудза, зернобобові, буряк цукровий, картопля, овочеві, плодові

Бобові, ріпак, гірчиця, буряк цукровий, кукурудза, овес, гречка, льон, картопля, помідор

Капустяні, бобові, буряк цукровий, картопля, кукурудза, соняшник, льон, гречка, овочеві, плодові

Нестача одного з макро- чи мікроелементів знижує урожай й унеможливлює ефективне засвоєння рослиною інших життєво важливих складових. Слід зауважити, що ефект “передозування” однієї зі складових є точно таким, як і її “нестача” – настає пригнічення і блокування життєво важливих процесів у рослині, як результат – деформація плодів, зерна, зниження якісно-кількісних показників урожаю. Цю закономірність було виведено ще в середині XIX ст., вона стала фундаментальною і ввійшла в історію під назвою правило бочки Лібіха “різка нестача або надлишок елемента обмежує дію інших елементів (навіть якщо вони знаходяться в оптимальних кількостях)”.

Після формулювання теорії мінерального живлення рослин Ю. Лібіхом, учені встановили низку загальних закономірностей і правил.

Правило незамінності елементів мінерального живлення рослин стверджує, що роль кожного елемента живлення є унікальною і самостійною, тому для нормального росту й розвитку рослин його не можна замінити на інший, наприклад фосфор – на азот або сірку – на залізо.

Правило нормованої потреби – засвоєння кожного елемента живлення відбувається у тій кількості, якої потребує рослина. Це правило має не абсолютний, а відносний характер: зміна в кількості засвоєння одного елемента зумовлює зміну потреб у низці інших елементів. Наприклад, високий рівень живлення азотом зазвичай підвищує потребу рослин у деяких мікроелементах. Надмірна кількість у ґрунті амонію пришвидшує поглинання фосфору, а надмір фосфору затримує поглинання міді, мангану й цинку.