Где деревья берут воду

Где дереву воду брать?

Недостаток или переизбыток влаги нарушает нормальную жизнедеятельность растений

Я еще неопытный садовод, потому хочу задать такой вопрос: каковы требования плодово-ягодных культур к поливу и уровню грунтовых вод?

Семен ВИНОГРАДОВ

Вода входит в состав клеток всех тканей растений, с ней переносятся питательные вещества от корней к листьям — и наоборот. Вода поддерживает ткани растений в состоянии тургора, при недостатке ее листья и молодые побеги увядают, и растения могут погибнуть. Недостаток или переизбыток влаги нарушает нормальную жизнедеятельность растений.

Плодовые деревья требуют постоянно увлажненной, но не замокающей почвы, поэтому для них не подходят низко расположенные участки, где существует постоянная опасность затопления. В месте посадки важно учитывать уровень грунтовых вод. Он должен находиться не выше определенной для каждой плодовой культуры отметки: для яблони — 150 см, груши — 180—200 см, вишни — 200—210 см, сливы — 100—120 см, ягодных кустарников – 100 см.

Основной источник питания для растений — почвенная влага, именно в ней растворяются жизненно необходимые вещества, образуя так называемый почвенный раствор, поступающий к растениям. Плодовые деревья и кустарники лучше всего растут и развиваются при влажности почвы 65—80 процентов.

Недостаток воды в летний период с высокой температурой воздуха приводит к преждевременному старению листьев и всего дерева, резкому сокращению продуктивного периода жизни. По этой причине деревья плодоносят нерегулярно, уходят в зиму неподготовленными и часто повреждаются морозами.

Избыток почвенной влаги также оказывает отрицательное влияние на растения, так как происходит вытеснение из почвы кислорода и накопление углекислого газа, что приводит к угнетению и отмиранию корневой системы.

В первые годы посадки деревья поливают 3—4 раза в течение весны и первой половины лета, а в засушливые годы — 5—8 раз. За один полив на одно посаженное дерево расходуется 2—3 ведра воды, на 7—10-летнее — 10—15 ведер.

Вальдемар ЗУБРИЦКИЙ, агроном

Источник

Как пьют деревья — откуда деревья берут воду

Как деревья пьют? Мы все знаем, что деревья не поднимают бокал и не говорят ’до дна’. Однако ’до дна’ имеет много общего с водой в деревьях.

Деревья впитывают воду через корни, которые, в буквальном смысле, находятся в нижней части ствола. Оттуда вода движется вверх и вверх. Чтобы узнать больше о том, как деревья поглощают воду, читайте дальше.

Откуда деревья берут воду?

Для процветания деревьям необходимы солнечный свет, воздух и вода, а из их комбинации они способны создавать собственную пищу. Это происходит благодаря процессу фотосинтеза который происходит в листьях деревьев. Легко понять, как воздух и солнечный свет попадают под полог дерева, но откуда деревья берут воду?

Деревья поглощают воду через свои корни. Большая часть воды, которую потребляет дерево, поступает через подземные корни. Корневая система дерева обширна; корни отходят от ствола гораздо дальше, чем ветви, часто на расстояние, равное высоте дерева.

Корни деревьев покрыты крошечными волосками с растущими на них полезными грибками, которые втягивают воду в корни путем осмоса. Большинство корней, поглощающих воду, находятся в верхнем слое почвы на глубине нескольких футов.

Как деревья пьют?

После того как вода всасывается в корни через корневые волоски, она попадает в своего рода ботанический трубопровод во внутренней коре дерева, по которому вода поднимается вверх по дереву. Дерево строит дополнительные полые ’трубы’ внутри ствола каждый год для транспортировки воды и питательных веществ. Это ’кольца’, которые мы видим внутри ствола дерева.

Корни используют часть воды, которую они получают, для корневой системы. Остальная вода движется вверх по стволу к ветвям, а затем к листьям. Вот как вода в деревьях доставляется под навес. Но когда деревья забирают воду, подавляющее большинство ее попадает обратно в воздух.

Что происходит с водой в деревьях?

Деревья теряют воду через отверстия в листьях, называемые стоматами. Когда они рассеивают воду, давление воды в верхней части полога падает, и разница в гидростатическом давлении заставляет воду из корней подниматься к листьям.

Подавляющее большинство воды, поглощаемой деревом, выделяется в воздух через стоматы листьев — около 90 процентов. Это может составлять сотни галлонов воды на полностью выросшем дереве в жаркую, сухую погоду. Оставшиеся 10 процентов воды — это то, что дерево использует для продолжения роста.

Источник

Как деревья поднимают воду высоко наверх

Казалось бы довольно простой вопрос из школьной биологии: как вода из почвы поднимается на много метров вверх до листьев дерева. Секвойя иногда вырастает высотой 100 метров, и вода транспортируется до самой верхушки без насосов и моторов в корнях, и всё против силы тяжести. Но ответ довольно сложен, действуют несколько разных физических факторов, и ученые до сих пор уточняют, какой из них играет большую роль.

Вода — основа жизни на Земле, и для деревьев она важна не меньше, чем для людей. Раскрытие механизмов транспортировки воды на верх в деревьях лежит на стыке следующих наук: физика, гидравлика, химия, биология, и цитология (наука изучающая клетки).

Первое, что вспоминается, когда задумываешься о транспортировки воды деревьями — это капиллярный эффект. Смысл в том, что жидкость поднимается в узких каналах вверх, благодаря силам взаимодействия молекул (смачивание). Причем чем меньше диаметр канала, тем выше может подняться cтолб жидкости. Этот эффект довольно нагляден в быту (на различных пористых материалах): так намокает вверх снежок в грязной луже, салфетка или кирпич, если касается воды.

Но одного капиллярного эффекта тут недостаточно: длинных трубок в прямом смысле в проводящей ткани (ксилеме) дерева нет (там клеточные стенки), да и при нормальном давлении столб воды не может быть выше 10,3 м. Для кустов пойдет, но большинство деревьев растут выше. Чтобы поднять воду еще выше, нужно большее давление (выше атмосферного ~10 раз в случае гигантов секвой и эвкалиптов). Какой же природный насос его создает? А давление в коре дерева приличное, есть много практических опытов это доказывающих.

У деревьев в корнях такой насос есть — работает он на принципах прямого осмоса. В клетках корней есть мембраны с особой проводимостью, давление воды повышается за счет различной концентрации растворенных солей в почве и в тканях дерева (у корней живого дерева вода с меньшим содержанием солей). Клетки работают как каскад насосов. Соли остаются в тканях дерева, вода поступает для роста новых клеток и процесса фотосинтеза, а излишек (90%) просто испаряется через листья (там есть регулируемые поры). Осмос работает и весной, пока еще нет листьев.

А вот к испарению воды с листьев стоит присмотреться подробнее. Оно тоже влияет на тягу воды от корней к верху дерева (сила Лапласа), и называется весь процесс транспирация. Транспирация не только работает на перенос жидкости в дереве, но и защищает его от перегрева. Важным условием работы такого испарительного насоса является когезия (неразрывность) транспортируемой воды в ксилеме и адгезия к капиллярам. Испарение воды с листьев «подсасывает» пониженным давлением новую воду снизу вверх. Ток воды наверх дерева может достигать 2 мм в секунду.

А с ростом высоты дерева, повышается влияние электрических факторов (да без электрических сил не обошлось, в микромире они играют важнейшую роль). Растет разница электрических потенциалов, и это влияет на «сцепляемость» молекул воды и неразрывность поднимаемого потока.

Как видим, деревья используют различные методы транспортировки воды вверх против силы тяжести, причем в разное время года и для разных растений действуют различные «насосы» или их комбинации. Деревья, которые нас окружают, могут удивлять, ученым еще есть над чем поработать.

Источник

Из чего сделано дерево?

Как деревья ломают наше представление о законах физики и вытворяют то, что современные учёные и инженеры пока не в силах повторить!

Часто бывает что самыми интересными оказываются ответы на простые вопросы, например: — Как деревья вырастают такими высокими? На первый взгляд как-то глупо такое спрашивать, деревья просто высокие! Но некоторые из них, достигают высоты выше 100 метров.

Чтобы расти, деревьям необходимо каким-то образом доставлять воду от корней к самой верхушке, а это не так просто как кажется. Если провести эксперимент, всасывать воду через трубочку, то она поднимется максимум на 10 метров! И совсем неважно какой длины будет сама трубка и как сильно вы будите втягивать воздух.

Вода физически не сможет преодолеть эту отметку, потому что над ней окажется вакуум, и жидкость начнет закипать. Чтобы поднять воду на 100 метров, дереву придется создать разницу в давлении в 10 атмосфер! Но каким образом оно это делает?

Проблема доставки воды

Молекулы воды испаряются с поверхности листа и тянут за собой следующие. Безусловно таким образом дерево может создать эффект всасывания, но это не решит проблему 10 метров.

Кажется маловероятным то что ствол изнутри состоит из длинных полых трубок, но люди обнаружили, что ксилемные волокна (Xylem), внутри которых и происходит транспортировка жидкости содержат сплошной сток воды. Как же тогда деревья умудряются не засохнуть?

Вода будет стремиться попасть в корень если концентрация веществ там выше, чем в почве. Правда в мангровых зарослях вода настолько солёная, что процесс идет в обратную сторону и деревьям нужно приложить дополнительные силы, чтобы удержать жидкость внутри!

Чем тоньше трубка, тем выше поднимается вода, но диаметры ксилемных трубочек от 20 до 200 микрометров, по ним вода не доберётся даже до метра! Так что же происходит с деревьями?

Отрицательное давление

Оказалось мы начали с неверного допущения! Минимальное давление это абсолютный вакуум для газа. Если избавиться от всех молекул, вы получите абсолютный вакуум и давление будет равно нулю. В случае же с жидкостью это не предел и можно получить отрицательное давление. Оно чем-то похоже на натяжение для твердых тел. Молекулы воды начинают активно тянутся друг к другу, вода испаряется через поры в стенках клеток и создает невероятно сильное отрицательное давление, до -15 атмосфер! И это обычное дерево!

Теперь представьте что происходит внутри поры. Давление снаружи одна атмосфера, а внутри еще отрицательные 15. Как же работает эта система? Благодаря тому что поры крошечные, от двух до пяти нанометров в диаметре, при таких масштабах граница между водой и воздухом может выдержать невероятно сильное давление. Чем ближе к земле тем выше давление. У корней оно равно 1 атмосфере. Таким образом, разница в давлении достигается за счет создания отрицательного давления на верхушке.

Если наверху давление -15 атмосфер, тогда вода должна вскипать, но для перехода из жидкого состояния в газообразное необходима дополнительная энергия. Процесс может начаться при наличии центра нуклеации, например пузырька воздуха. Поэтому, очень важно чтобы в ксилеме не было воздуха. Для деревьев это не проблема, ведь трубочки сразу заполнены водой. Получается что вода постоянно находится в стабильным жидком состоянии, хотя должна вскипать. Это примерно как переохлаждённая вода остается жидкой фазе, хотя должна заледенеть.

Потребление воды

На фотосинтез уходит меньше 1% воды. Создание новых клеток забирает ещё около 5%. А куда деваются остальные 95%? — Они просто испаряются! На захват одной молекулы углекислого газа, деревья тратят сотни молекул воды. Обычное дерево теряет воду через нанопоры, чтобы создать отрицательное давление больше чем в 10 атмосфер. Чтобы поднять воду на сотню метров в жидком состоянии, хотя та должна закипать, но не может, ведь в их ксилемных трубочках нет воздуха. И все для того чтобы вода почти полностью испарилась, а дерево захватило пару молекул углекислого газа. Невольно начинаешь смотреть на них совсем по-другому.

Материал для роста деревьев

Деревья одни из крупнейших организмов на земле, но откуда они берут столько материалов для роста? Предположим, что большую часть веществ деревья получают из почвы, у них же такие мощные корни, наверняка они зачем-то нужны. Деревья коричневые как земля, они твердые и прочные, но это не так!

В начале 17 века Жан Баптист ван Гельмонт пытался понять откуда дерево берет материалы для роста. Он взял горшок земли и очень точно измерил массу этой самой земли. Затем посадил туда дерево и ухаживал за ним 5 лет, не подсыпая в горшок дополнительной почву. После эксперимента, он установил, что масса дерева составила 72 кг, а вес земли уменьшился всего лишь на 60 граммов. Вполне весомый аргумент в пользу того, что почва тут ни при чём!

Сам Жан Баптиста заключил что деревья состоят из воды, хоть это естественно не так. Он был прав в том, что вещества из которых состоит дерево берутся не из почвы. Солнце дает энергию чтобы дерево могло вырастить листья и ветви, но энергия солнца, это не вещество! Как оказалось, деревья по большей части состоят из воздуха, точнее из углекислого газа.

Источник