Влияние температуры в корневой зоне на развитие растений

21.07.2023 Автор: RastOk Hydroponics

Права: RastOk Hydroponics

Что касается выращивания растений, необходимо учитывать множество аспектов, которые определяют успех всех прилагаемых усилий.

Одним из таких аспектов, который чаще всего упускают из виду, является температура корневой зоны. Корни остаются «скрытыми», как можно повлиять на температуру корневой зоны в этом случае? Теоретически растения будут в порядке, если все они будут находиться при одинаковой температуре, но на самом деле это не так, и вот почему.

История влияния температуры на развитие растений

Начнем с того, что растение, по существу, состоит из частей:

• корней;
• побегов;
• и основного пересечения, которое представляет собой так называемую коронку;

Хотя они состоят из сходных веществ, имеют сходные компоненты и структуру, функции корней существенно отличаются от функций остальных частей растения. Крона действует как центр переключения, который облегчает функциональные обмены. Но основы химии универсальны, и, хотя в этой статье основное внимание уделяется корневой зоне, интересны и другие части растений.

Основное назначение корневой системы – поглощать воду и химические элементы, которые необходимы растению для выполнения своих функций, эти элементы имеются в почве и их окружает корневая система.

Другие функции корней включают закрепление, поддержку и хранение, которые для некоторых растений могут быть более важными функциями, чем функции поглощения воды и питательных веществ. Корни поглощают воду и питательные вещества посредством основного процесса осмотического давления: вода проходит через мембрану и поступает в клетки растения в соответствии с различной концентрацией ионов. Однако часто большая часть элементов активно закачивается в клетки растения, и этот процесс требует энергии ⛽. Осмотического давления у корневой системы выращиваемых в почве не бывает.

Осмотическое давление - одна из сил, которая участвует в транспорте веществ на клеточном уровне. Осмотическое давление возникает тогда, когда есть разность концентраций солености между межклеточным веществом и клеткой. 📖 Есть закон о разности концентрированных солей между двумя растворами, отделенными мембраной, которая стремится выровняться. 👉 Т.е. если в межклеточном веществе концентрация солей меньше, то концентрация солей двух растворов будет выравниваться. Другими словами раствор из межклеточного вещества начнет поступать в клетки, разбавляя более высокую концентрацию солей - так в клетке возникнет тургор - осмотическое давление. А если разница концентраций солей между двумя растворами будет слишком велика, в клетку поступит слишком много раствора, возникнет повышений тургор, который может привести к разрыву клетки, а механическое воздействие может спровоцировать разрыв клетки и целой ткани, т.к. клетка при высоком тургоре как перекаченный мяч.

📢 Есть бытовой пример по поводу осмоса, который часто рассматривают в университетах:

Когда вы варите борщ, вам нужно чтобы был вкусный бульон, поэтому суп нужно солить в конце готовки, т.к. у воды концентрация солей ниже, и вся вкуснятина из мяса и овощей будет выходить в бульон пока концентрация не выровняется. А если вы отвариваете картошку в мундирах, то солить нужно в самом начале, т.к. нам не нужно чтобы из картофеля выходили вещества, нам нужно наоборот, сделать концентрацию солей в воде выше, чем в картофеле, чтобы соль вошла в картофель.

Корневое давление - это тоже явление осмоса, то есть это повышение давления в сосудах корня, возникшее в следствии поступления в сосуды раствора, который поступил из-за разности концентраций солей (в корне и снаружи корня), то есть в процессе осмоса. Корневое давление подымает раствор на небольшую высоту, раствор подхватывает отрицательное давление в сосуде ксилемы, возникшее из-за процесса транспирации. ⚠️ Пагубно это бывает тогда, когда ЕС к примеру в минераловатном мате не высокий, раствор поступает в сосуды корня, возникает корневое давление.
Осмотическое давление пропорционально температуре и концентрации раствора.

Часть растения над поверхностью называется «почкой» и способна регулировать свою температуру за счет транспирации. Таким образом, колебания температуры в побеге могут быть более широкими и быстро меняться.
Часть растения под поверхностью называется корневой зоной и не может регулировать свою температуру. Таким образом, колебания температуры меньше, и корни должны оставаться более прохладными.

Системы защиты корней

Корень также должен защищать себя от избытка некоторых веществ и от потери уже поглощенных веществ. Для этого были разработаны специальные системы защиты и сдерживания. Очевидно, что корни существуют не для того, чтобы собирать энергию солнечного света, но на самом деле они потребляют большое количество энергии, которую растение поглощает от солнца.

Использование этой энергии включает в себя дыхание - процесс поглощения кислорода (O2) и его использования для преобразования углеводов (что стало возможным благодаря фотосинтезу в верхней части растения) в энергию для использования в местных процессах.

Корням не нужен углекислый газ (СО2). Дыхание выделяет тепло, а также требует минимальной температуры для начала и продолжения; если температура становится слишком высокой, реакции идут наперекосяк. Если это произойдет, корни будут поглощать воду и будут делать все возможное, чтобы ее сохранить, и, таким образом, процесс транспирации (который снабжает водой все растение и охлаждает его) будет прерван. И наоборот, корни передают избыточное тепло, выделяемое при дыхании (скрытое тепло), в окружающую почву. Плотные субстраты, такие как почва, песок и даже вода, оказывают сильное буферное воздействие на температуру, а это означает, что колебания температуры в течение 24 часов при нормальных условиях будут минимальными.

Энергия и углеводы

Основная функция верхней части растения — вырабатывать энергию солнца и плодовых структур, чтобы растение могло передавать свои гены. В рамках этого процесса вырабатывается энергия в виде сложных строительных блоков, известных как углеводы, и некоторые из них передаются корням, чтобы они могли продолжать функционировать и расти, обеспечивая растение водой и питательными веществами, в которых оно нуждается.

Ткани устроены таким образом, чтобы вода и элементы как можно быстрее перемещались через растительную ткань к каждой клетке.

Сложные системы, такие как транспирация — простые по своей базовой концепции, но удивительно сложные по конструкции — эволюционировали, чтобы перемещать сырье и готовые продукты вверх, обеспечивать разнообразную поддержку структуры ткани, облегчать сбор солнечной энергии и преобразование простых элементов в сложные органические молекулы. Химические реакции, участвующие в метаболизме и функционировании клеток, одинаковы в обеих частях растения. Как над землей, так и под землей.

При включении света температура воздуха повышается, а, следовательно, повышается и температура почвы. Чтобы земля прогрелась, требуется некоторое время (точно так же, как когда она медленно остывает после выключения света).
Но не только воздух влияет на температуру почвы. Материал, глубина (объем) и даже уровень влажности могут изменить его способность излучать или удерживать тепло.

Химические реакции в растениях

Происходят и другие специфические реакции по преобразованию световой энергии в химическую, и некоторые клетки растения подобны химическим фабрикам, которые производят больше, когда реакции происходят быстрее. Температурные проблемы в корнях остаются прежними; эти химические реакции протекают слишком быстро при повышении температуры и замедляются при понижении температуры. Когда это происходит в сочетании с чрезмерным поглощением тепла от световой энергии, становится необходимым, чтобы установка имела систему регулирования температуры и чтобы она отдавала избыточное тепло наружному воздуху, который подвержен колебаниям температуры намного больше, чем более плотный субстрат, такой как почва.

Ткань в верхней части растения также потребляет кислород с более или менее постоянной скоростью как днем, так и ночью, а в световой период поглощает углекислый газ для сборки основных строительных блоков жизни — углеводов. Все это верхушка растения должна делать при изменении температуры, подверженной значительным колебаниям в течение 24-часового промежутка, иногда даже с резкими колебаниями в 10°С и более градусов.

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) среза корешка цветкового растения. Сосудистый пучок образован ксилемой (четыре зеленых круга в центре) и тканью флоэмы (синяя).
Ксилема переносит воду и минеральные питательные вещества от корней к остальной части растения, а флоэма переносит углеводы и растительные гормоны.

Коронка растения

Коронка растения представляет собой место соединения ткани корня и ткани почки. У одних растений эти коронки хорошо выражены и имеют бороздки, а у других они менее выражены. Эта область растения похожа на сложный телефонный коммутатор, который должен принимать входящий поток, создаваемый осмотическим давлением воды и питательных веществ, поступающих от корней, и подавать его в всасывающую систему, которая транспортирует этот поток вверх и наружу через транспирацию. Диспергаторы (зоны отрицательного давления) в листьях, эффективно изменяющие физику течения.

Происходят химические реакции, колеблется температура, меняются процессы, используемые для регулирования температуры, в больших количествах используется кислород. Корона существует на границе субстрата и поверхности, и, если она будет слишком далеко отходить от одного или другого (слишком высоко от поверхности или слишком глубоко), возникнут проблемы.

Поддержание оптимальной температуры для растений

Температура в верхней зоне должна быть достаточной для протекания химических реакций внутри растений. Сама верхняя зона может замедлять или усиливать дыхание при необходимости, поддерживая определенную температуру в производственных тканях.

💡 Как только загорается свет, температура еще низкая и потребность в охлаждении меньше. В течение дня энергия и температура воздуха и тканей растений увеличиваются, как и скорость транспирации, которая затем снова снижается в конце дня. Эти температуры могут, например, первоначально составлять около 18°C и достигать пика 29°C, прежде чем снова упасть на 11 градусов. В корневой зоне эти температуры могут колебаться в пределах от 18°С до 19°С (с отклонением на один градус), но корни должны достаточно корректно выполнять свои функции при том постоянном колебании температуры, чтобы обеспечивать все то, что нужно или не нужно верхней зоне.

Использование этих понятий

Растениям понадобились миллионы лет, чтобы эволюционировать в соответствии с условиями, в которых они должны были выживать и размножаться. Температура и характеристики почвы варьируются в зависимости от широты и состава. Растения развивались в зависимости от препятствий, с которыми они сталкивались в определенных местах. Почва, как естественная, так и искусственная, различается по своей способности выделять или удерживать тепло в зависимости от материала, глубины (объема) и уровня влажности. В очень пористом материале, как и в сухом материале, температура быстро меняется. Однако, колебания температуры уменьшаются по мере того, как материал становится более плотным или если он содержит больше влаги, и это чаще происходит в более глубоком профиле почвы. Но почва будет испытывать меньше перепадов температуры, чем воздух при всех этих условиях.

Однако, если субстрат находится в горшке или в другой емкости, эти колебания станут более быстрыми и интенсивными, а профиль температуры в прикорневой зоне приблизится к профилю температуры окружающего воздуха. В этих условиях субстрат теряет способность выполнять терморегулирующую функцию для корней, следовательно, корневая система не будет полностью работоспособна, так как не сможет удовлетворить все потребности верхней зоны. Растения с неглубокими корнями работают с более широкими колебаниями температуры, близкими к средней дневной/ночной температуре воздуха, в то время как растения с более глубокими корнями должны справляться с меньшими колебаниями и более низкими температурами, чем это среднее значение.

Регулировка температуры корневой зоны

Корневая система растения не регулирует собственную температуру, и как только температура в почве отходит от оптимальной зоны для реакций, она уже не может обеспечить остальные части растения оптимальным уровнем воды и питательных веществ. Это происходит как при слишком высокой, так и при слишком низкой температуре.

⚠️ Чем больше будет колебание температуры в сутки, тем больше будет подвергаться стрессу корневая система, и чем больше у растения будет проблем как физических, так и патологических, тем более восприимчивым оно станет к болезнетворным микроорганизмам и насекомым. Размещение корневой системы в субстрате над землей увеличит площадь поверхности, с которой может уходить или накапливаться тепло.

Растения становятся неактивными, когда корневая система прекращает большинство своих функций, либо из-за слишком низких, либо из-за слишком высоких температур. Это происходит в маленьких горшках, размещенных в теплых и солнечных местах. ☀️ Летом такие горшки нагреваются из-за температуры окружающего воздуха, и растения переходят в фазу покоя, хотя их поливают и подкармливают для максимальной производительности и роста.

💧 Температура поливной воды или питательного раствора также увеличивает или уменьшает функцию корня, и любое внезапное и большое изменение температуры вызовет шок для корней. Хорошие садоводы нагревают или охлаждают воду до нужной температуры перед поливом.

Строгий контроль температуры у растений

Температура чрезвычайно важна для роста и развития растений, но все задействованные факторы гораздо сложнее, чем вы можете себе представить. У стеблевой и корневой систем разные потребности в температуре: одна может работать при больших и быстрых перепадах температуры, в то время как другой нужен гораздо более ограниченный, более прохладный и более стабильный перепад. Хорошие садоводы это учитывают. Слабая или плохо функционирующая корневая система замедляет развитие верхней зоны, так как не может проводить необходимые химические реакции, замедляя усвоение питательных веществ. Не все питательные вещества будут затронуты, и некоторые проявят недостаток быстрее, чем другие.

✅ Корневая система будет развиваться и функционировать лучше, если будут поддерживаться определенные колебания температуры, и хороший ситифермер будет очень внимательно следить за этими факторами, а также контролировать и регулировать температуру воздуха. Все части растения взаимосвязаны, и проблемы с питательными веществами могут возникать и у растений, которых правильно кормят, если температура корневой зоны слишком долго остается за пределами правильных стандартов. Наконец, есть две совершенно отдельные и разные среды, в которых живет растение, и хороший садовод уделит пристальное внимание обеим.

С уважением,
Ваш RastOK