Как корни растений укрепляют почву

Корни и минеральное питание растений

Режим обучения доступен только авторизованным пользователям

Возможности режима обучения:

• просмотр истории в виде слайдов
• возможность прослушивания озвучки по каждому слайду
• возможность добавить свою, детскую озвучку
• тесты для детей, чтобы закрепить материал
• специально подобранные коллекции картинок и видео для улучшения восприятия
• ссылки на дополнительные обучающие курсы

Озвучка доступна в режиме обучения

Даже в 21 веке человек беззащитен перед природными стихиями. Торнадо или мощный шторм способен уничтожить всю городскую инфраструктуру, сорвать крыши с домов и с лёгкостью поднять в воздух машины. Но даже сильный торнадо «беспомощен» перед мощью деревьев. Прошедший над лесом ураган повалит самые высокие деревья, но большинство растений не будут вырваны с корнем. Корни – это подземный орган, который прочно закрепляет растение в почве. Корни составляют до трети от массы всего растения, достигая 3-5 метров в глубину. Однако шахтеры обнаруживали корни на глубинах свыше 50 метров! Закрепление растения в почве – лишь одна из функций корней. Не менее важная задача корня – всасывание минеральных веществ из почвы.

Корень – первый орган растения, который появляется из прорастающего семени. После прорастания корень разветвляется, образуя боковые корни. Боковые корни также многократно ветвятся, прочнее закрепляя растение в земле и увеличивая площадь поглощения веществ. Стержневая корневая система характерна для растений с одним главным корнем, от которого отходит множество боковых. Прочный «фундамент» стержневого корня прочно закрепляет растение и позволяет ему вырасти высоко. Мочковатая корневая система встречается у травянистых однолетних растений. Главный корень у них отмирает. Вместо него от стебля отходит множество придаточных корней. Корни многих растений сочетают признаки стержневой и мочковатой корневых систем.

Строение корней

У растущего корня выделяют несколько зон: Снаружи в форме напёрстка корень покрывает корневой чехлик. Корневой чехлик защищает нежные ткани молодого корня, который проталкивается сквозь землю. Клетки корневого чехлика постоянно делятся, а старые клетки отслаиваются. Отшелушенные клетки образуют слизь, облегчающую продвижение корня. В корневом чехлике также расположены «датчики» силы тяжести, направляющие корень вниз. В зоне деления расположены мелкие активно делящиеся клетки (апикальная меристема). Именно из меристемных клеток образуются все другие ткани растения. В зоне растяжения клетки вытягиваются в длину, благодаря чему происходит удлинение корня. В зоне всасывания клетки эпидермы образуют корневые волоски. Они участвуют во всасывании воды и минеральных веществ.

Видоизменения корней

Мангровые растения живут в заболоченных почвах, и их корням не хватает воздуха. У мангровых растений корни возвышаются над землей, выполняя функцию дыхания (такие корни ещё называют пневматофоры).

У баньяна корни свисают со стеблей. Если такой корень достигнет земли, то он создаст для дерева дополнительную опору.

Сократительные корни втягивают растение глубже в почву. Луковицы лилий каждый год углубляются в почву по мере развития новых сократительных корней. Луковицы продолжат опускаться до тех пор, пока не будет достигнута область с оптимальной температурой.

Корни и минеральное питание растений

Прохождение теста доступно в режиме обуения

Что нужно растениям для жизни? В 17 веке голландский химик Гельмонт попытался ответить на этот вопрос, поставив простой эксперимент. Гельмонт хотел знать, откуда берётся масса растущего растения. Сперва он поместил 90 кг почвы в горшок и посадил 2-килораммовый саженец ивы. Затем в течение 5 лет Гельмонт только поливал растение. В конце эксперимента он повторно взвесил иву и почву. Ива набрала 70 кг, а почва потеряла всего 60 граммов. Гельмонт ошибочно предположил, что массу растение получило только из воды. Сегодня ботаникам известно, что растения в ходе фотосинтеза «впитывают» в себя углекислый газ из воздуха – основной источник прироста массы растения. Гельмонт также проигнорировал потерю 60 г в почве, списав это на ошибку. Однако его расчеты были верны. «Потерянные» 60 г – это минералы из почвы, которые были поглощены растением. Хотя растению требуется скромное количество минералов, но даже небольшой их дефицит привёл бы к его гибели.

Минеральное питание растений

Поглощение различных веществ из окружающей среды – главная задача любого живого организма. Часть поглощенных веществ используется в качестве строительного материала, другая часть – для производства энергии. Растения научились получать эти два ресурса в процессе фотосинтеза, в ходе которого они создают сахар. Однако на одном только сахаре растение не выживет. Ему необходимо также производить нуклеиновые кислоты (ДНК), белки, жиры и многие другие молекулы. Помимо углекислого газа и воды, требующихся для фотосинтеза, растения поглощают азот, кальций, фосфор и многие другие минеральные вещества. Но необходимые молекулы залегают глубоко в почве или находятся в малых концентрациях (количествах). Корни растения – это эффективная машина для поиска и сбора редких ресурсов.

Поглощение различных веществ растением

Из земли растения поглощают около 15 основных элементов. Азот(N), фосфор(P) и калий(К) требуются в больших количествах – это макроэлементы (от греч. макро – большой). Часто рост растения сдерживает именно недостаток макроэлементов в почве. Железо(Fe), цинк(Zn), и некоторые другие – это микроэлементы (от греч. микро – маленький). В растении они присутствуют в небольших количествах. Например, на один атом молибдена в растении приходится 60 миллионов атомов водорода.

Недостаток того или иного элемента приводит к порче органов и постепенному увяданию. При дефиците элемента проявляются разные симптомы. Например, увядание и пожелтение старых листьев говорит о недостатке азота или фосфора. Гибель молодых листьев указывает на дефицит железа или кальция. Избыток элементов в почве токсичен для растения и также приводит к увяданию. Откуда фермеры знают, сколько и в каких количествах вносить удобрения (смесь различных веществ)? В лаборатории ученые выращивали растения, убирая из питательной смеси по одному элементу. Затем они следили, как развивается растение и постепенно вносили недостающий элемент. Например, так было установлено, что для нормального роста томату необходима медь в количестве 0,002 миллиграмма на литр воды.

Корневые волоски растения поглощают минералы только в растворённом виде. После дождя или полива, вода просачивается в почву, достигая корней. Почвенные минералы растворяются в воде, приобретая положительный или отрицательный заряд. Заряженные частицы называются ионами. Трудность для растений в том, что положительно заряженные ионы (К+,Mg2+,Ca2+) притягиваются к отрицательно заряженным частицам почвы (смотри рисунок). Чтобы «оторвать» от почвы эти ионы, корневые волоски выделяют ионы водорода H+. Положительно заряженные ионы водорода вытесняют другие ионы, делая их доступными для растения. Отрицательно заряженные ионы (нитрат: NO3-) к частицам почвы не «прилипают» и всегда доступны для растения. Однако такие ионы быстро вымываются из почвы.

Важность почвы для растений Процесс формирования плодородной почвы занимает тысячи лет. Сперва происходит разрушение каменистых горных пород под действием ветра и дождя. Образовавшиеся мелкие частички (гравий, песок, глина) создают основу для почвы. Затем в почве появляются микроорганизмы. Они делают почву более плодородной, формируя гумус (органический компонент почвы). Самыми плодородными почвами считаются чернозёмы – доля в них гумуса составляет 10%. От состава и текстуры почвы зависит способность корней расти и поглощать вещества. Слишком плотная почва не даст корням нормально расти, а в слишком рыхлой минеральные вещества будут быстро вымываться. В свою очередь, корни растений играют важную роль в переносе глубоко залегающих веществ на поверхность, способствуя обогащению верхнего слоя почвы.

Древние фермеры заметили, что урожайность на возделываемой земле с годами снижается. Они были вынуждены вести кочевой образ жизни в поисках новых плодородных земель. Но со временем наши предки обнаружили, что внесение удобрений восстанавливает плодородие почвы. Теперь люди могли поколениями возделывать один и тот же участок земли, что в конечном итоге приведёт к появлению первых цивилизаций. Почему при выращивании культурных растений земля теряет своё плодородие? В естественных экосистемах минеральные питательные вещества возвращаются обратно в почву после гибели и разложения растения. Однако в сельском хозяйстве растения «изымаются». Минералы, запасённые в растении, в почву не попадают. После многократных сборов урожая в течение нескольких лет количество элементов в почве снижается, что приводит к снижению плодородия почвы. Внесение в почву минеральных удобрений позволяет решить эту проблему. Сегодня удобрения производятся в виде готовых химических смесей. Основные элементы таких смесей – азот, фосфор и калий.

Эрозия – это процесс разрушения почвы под действием ветра и воды. В природе почва образуется быстрее, чем разрушается. Растения препятствуют эрозии, удерживая и скрепляя почву корнями. Однако чрезмерная эксплуатация человеком пахотных земель и вырубка лесов ускоряют эрозию почв. Деградация (разрушение) почв наблюдается во всём мире. В России около 80% сельскохозяйственных земель подвержены эрозии. Бедные гумусом почвы России вынуждают фермеров интенсивно использовать доступные пахотные угодья, что приводит к ускорению темпов эрозии. В результате истощительного землепользования ежегодно недобирается 30% урожая. Своевременные методы мелиорации (процедуры по улучшению плодородия почвы) трудозатратны, однако они способны повысить плодородие почвы на годы вперед.

Источник

Как укрепить склоны

Посадки на террасе

Владельцы участков с неровным рельефом довольно часто сталкиваются с проблемой, как укрепить склоны. Вопрос решается самыми разными способами, в том числе посадкой растений. При этом важно не только остановить разрушительный процесс, но и вписать склон в общий дизайн сада.

Способы укрепления

На относительно плоских территориях встречаются овраги и холмы, неоднородности микро- и мезорельефа. На таких участках нередко возникают проблемы, связанные с оползнями и смывом почвы со склонов. Как линейная, так и плоскостная водная эрозия способны нанести большой урон почвенному покрову. Особенная опасность грозит незадернованным откосам, на которых отсутствует не только древесно-кустарниковая, но и травяная растительность.

Существует довольно много способов противодействия эрозионным явлениям.

• На крутых склонах устраивают систему плоских террас с подпорными стенками.
• Одним из эффектных приемов укрепления откосов может быть создание альпинария или каменистой горки, при этом террасирование склона дополняется посадкой почвозакрепляющих декоративных растений.
• При больших углах наклона помогают металлические габионные сетки, заполненные камнем, а также геосетки, ячеистые георешетки и геоматы, в которые высевают смеси газонных трав.

Упомянутый способ используется и при облесении значительных территорий в условиях пересеченного рельефа, и для укрепления откосов в ходе дорожного строительства, и при благоустройстве парковых территорий и приусадебных участков.

Пример применения фитопластики

Закрепление склонов с помощью посадок деревьев и кустарников – это та сфера деятельности, в которой могут оказаться необходимыми знания в области инженерной биологии и экологии, ландшафтного дизайна и дендрологии.

Итак, какие же растения помогут закрепить почву на склонах?

Объемная корневая система

В первую очередь это древесные виды с разветвленной, достаточно объемной корневой системой, такие как

Сильные мочковатые корни, хорошо связывающие почву, образуют:

• черемуха обыкновенная,
• клен остролистный,
• клен полевой,
• клен ясенелистный,
• клен красный и некоторые другие,
• большинство вязов и буков.

В определенных условиях мочковатую корневую систему закладывают также конский каштан обыкновенный, береза повислая и береза пушистая и кое-какие хвойные виды: лиственница обыкновенная, сосна обыкновенная, некоторые пихты, хотя надо отметить, что характер корневой системы у этих пород значительно варьируется.

Участок даже с незначительным перепадом рельефа может преобразить подпорная стенка, оформленная многолетниками

В меньшей степени могут решить данную проблему растения со стержневой корневой системой, хотя и уходящей глубоко в почву, но мало разветвленной. К ним относятся:

• дуб черешчатый и некоторые другие виды дуба,
• ольха черная,
• бархат амурский,
• орехи,
• многие боярышники,
• псевдотсуга Мензиса,
• на почвах с облегченным гранулометрическим составом – яблони, груши и сливы.

Поверхностная корневая система

Виды с поверхностными, слаборазвитыми корнями эффективно фиксируют только верхние горизонты почвы на откосах, уменьшая угрозы эрозии, но мало снижая риск оползней. К этой группе древесно-кустарниковых растений принадлежат:

Неглубокое залегание корней отмечают также:

• у багряника японского,
• клена серебристого,
• клена Гиннала,
• кипарисовиков,
• туи западной,
• тсуги канадской,
• у ивы козьей,
• ивы ломкой,
• ивы белой и многих других, но этот «недостаток» с лихвой компенсируется их высокой порослевой активностью.

Организация системы троп на склонах может заменить террасирование

Кустарники

Довольно мощной и разветвленной корневой системой отличаются многие кустарники:

С успехом используют для фиксации склонов также:

Склон украшен и укреплен шиповником

Для укрепления и декорирования крутых склонов и подпорных стенок широко применяют посадку стелющихся и ползучих кустарников, а кроме того, многолетников зарослевого типа, помогающих создать плотный или даже сплошной напочвенный покров.

Среди кустарников, которые в такой обстановке будут выглядеть наиболее естественно и декоративно, следует остановить выбор на формах с распростертой или прижатой к земле кроной, как, например, у ивы ползучей и ивы скальной, кизильника горизонтального и кизильника крошечного, барбариса Тунберга ‘Green Carpet’ или стефанандры надрезаннолистной.

Важные детали

Наибольший противоэрозионный эффект обычно достигается при рядовой посадке поперек склона, однако в декоративных целях можно высаживать деревья и кустарники отдельными живописными группами.

Существует довольно много древесных и кустарниковых видов, которые образуют укореняющиеся побеги или корневые отпрыски. Благодаря этому они могут сравнительно быстро закреплять поверхность почвы на значительной площади вокруг материнского растения. Такой способностью обладают:

Склонность растений к образованию отпрысков существенно повышается при механическом повреждении корневой системы, поэтому с помощью рыхления приствольного круга этот процесс можно усилить.

Кроме вышеназванных растений, данной особенностью отличаются также:

• сумах оленерогий,
• белая акация,
• малина обыкновенная,
• малина душистая,
• ежевика разрезная и
• ежевика садовая,
• лох серебристый,
• лох узколистный,
• некоторые шиповники,
• рябинник рябинолистный,
• крушина слабительная.

Ряд видов деревьев и кустарников легко укореняются при размножении их зелеными и одревесневшими стеблевыми черенками, а также корневыми черенками. Высаживая их рядами или в шахматном порядке в почву на склонах холмов, крутых берегах рек, на дорожных откосах и дамбах, можно быстро создать посадки, эффективно задерживающие развитие эрозии. К таким растениям относятся:

• ольха серая,
• многие виды ив и тополей,
• барбарис обыкновенный,
• барбарис Тунберга,
• в меньшей степени – форзиция промежуточная, рябина обыкновенная, лещина обыкновенная, чубушник венечный, некоторые дерены, сирени и спиреи.

Использование чубушника венечного ‘Aurea’ для оформления склона

Лианы

Для оформления и фиксирования откосов, перепадов рельефа и подпорных стенок можно использовать и некоторые лианы, такие как:

При выращивании на земле, без высоких опор, они будут выступать как почвопокровные культуры.

В качестве не только почвозащитных посадок, но и эффектного украшения склонов используют многие сорта плетистых роз, культивируемые как стелющиеся, а также почвопокровные розы с дугообразными, поникающими или плетевидными побегами. Они, как правило, характеризуются обильным и довольно продолжительным цветением, а кроме того, весьма неприхотливы и морозостойки.

Хвойные почвопокровные

Существенную роль в закреплении и декорировании насыпей и склонов играют достаточно неприхотливые почвопокровные хвойные растения. Питомники предлагают сейчас большой выбор видов и сортов стелющихся можжевельников, сосен, елей и других хвойных, чрезвычайно разнообразных по форме куста, фактуре и оттенкам хвои.

Это могут быть широко распространенные:

• можжевельник казацкий,
• м. горизонтальный
• м.чешуйчатый,
• м. обыкновенный, например сорт ‘Repanda’,
• прижатые к земле культивары сосны горной, или
• ажурная микробиота перекрестнопарная.

Комбинируя растения по цвету хвои, можно создать оригинальный пестрый ковер, основанный на контрастах зеленых, сизо-голубоватых и золотисто-желтых тонов.

И все остальные

Помимо древесных и кустарниковых видов, на откосах также высаживают стелющиеся и ампельные многолетники и полукустарнички, такие как:

• вербейник монетчатый,
• барвинок малый,
• ламиаструм зеленчуковый,
• живучка ползучая,
• будра плющевидная,
• вальдштейния тройчатая,
• пахизандра верхушечная.

Травянистые растения, конечно, оказывают на почву меньший закрепляющий эффект, но могут использоваться как полезное дополнение к высаженным древесным видам. Кроме того, многие многолетники прекрасно декорируют склоны.

Очень эффектны, например, ползучие виды флокса:

• флокс шиловидный,
• флокс Дугласа,
• флокс звездчатый,
• флокс дернистый,
• флокс снежный,
• флокс карликовый,
• их сорта, образующие плотные дернинки.

Разнообразят облик откосов серебристые пятна стахиса шерстистого, ясколки войлочной и ясколки Биберштейна, яснотки крапчатой, цветные куртины живучки ползучей, тимьянов, обриет, арабисов, седумов и других распростертых и ковровых многолетников.

Источник