Чем мы дышим зимой
Правда ли, что зимой меньше кислорода так как нет зеленых растений?
Еще со школьной скамьи наверняка каждый знает о том, что кислород поступает в атмосферу благодаря непрекращающейся работе растений. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, который в данной реакции является побочным продуктом, а также органические вещества. Учеными подсчитано, что зеленые растения выделяют около 6 тонн кислорода на каждую тонну, которая требуется для их дыхания.
Что же это получается, если в зимнее время в наших широтах почти нет зеленых растений, то и кислорода будет меньше?
На самом деле, хотя и леса и растения очень важны для планеты, но стоит знать, что кислород, выделенный наземными растениями, составляет лишь 20% от общего его количества. Поступление остальных 80% кислорода обеспечивается морскими и океаническими водорослями, которые имеют общее название – фитопланктон. По этой причине океан неофициально называют «легкими» нашей планеты.
Реакция фотосинтеза протекает преимущественно в сине-зеленых водорослях. В упрощенной схеме данной реакции это выглядит следующим образом. Углекислый газ сочетается с водой и в результате получается два вещества – глюкоза и кислород. Последний, к слову, фитопланктон расценивает как ненужный, поэтому излишки кислорода выделяются в воду, а потом в атмосферу. Водорослям при этом требуется энергия для осуществления реакции. Они получают ее из солнечного света, который попадает в воду.
Так что происходит с кислородом в разные времена года?
Воздух состоит из большого количества разных газов. При этом кислород занимает около 21% по объему, а 78% приходится на азот. Остальные компоненты по мере снижения объема – аргон, углекислый газ, неон и др. Если взять отдельные небольшие территории, то можно заметить, что где-то дышать труднее, где-то легче.
Например, в пределах большого города выше уровень углекислого газа из-за производств, множества транспортных средств и т.д. В лесу, наоборот, высокая интенсивность кислорода, а CO₂ меньше. Однако в целом объем кислорода в атмосфере всегда остается стабильным в пределах 21%, поскольку происходит постоянное и равномерное смешивание всех газов.
В зимний период кислорода в воздухе действительно становится меньше на 0,01%. Однако процент его снижения настолько мал, что для людей и прочих живых организмов эти изменения остаются незамеченными, а потому и вполне безопасными. Зимой лиственные растения, конечно, прекращают принимать участие в процессе вырабатывания кислорода, но все еще остаются хвойные, а также фитопланктон, которым минусовые температуры не страшны.
Каким же образом ученые измеряют уровень кислорода. Активно заниматься этими исследованиями начали в 90-х годах. Для этого используют метеостанции, установленные в разных уголках планеты для чистоты эксперимента. На метеостанциях регулярно проводят забор воздуха, а затем полученные образцы сравнивают с контрольными. Отслеживают изменения не только кислорода, но и азота.
Данные эксперименты дают четкие результаты. Установлено, что в Северном полушарии Земли колебания кислорода более заметны, чем в Южном. Зимой объем кислорода здесь снижается на 24 части на миллион, а поскольку общее его количество составляет около 210000 на миллион, то колебания действительно несущественны.
Вас обманули! Деревья – не лёгкие планеты
Все мы очень любим растения, в особенности деревья. Когда где-то что-то вырубают, уничтожают лес, парк или аллею, люди возмущаются, говорят, что им будет нечем дышать, что деревья – это лёгкие города (и планеты).
На самом деле это заблуждение, потому что деревья хоть и выделяют кислород, но недостаточно для того, чтобы их вклад в состав земной атмосферы был ощутим. Кроме того, в процессе жизнедеятельности они сами этот кислород и поглощают.
Давайте посмотрим, как в действительности у деревьев обстоят дела с кислородом, на примере больших лесных массивов – скажем, лесов Амазонии.
В августе 2019 года, когда горели дождевые леса Амазонии, все газеты, политики, знаменитости и общественные деятели тиражировали один и тот же факт: бразильские леса производят 20% всего кислорода. Кто-то даже посчитал эти пожары угрозой для жизни на планете.
В реальности же деле вклад Амазонии в объём мирового кислорода совсем невелик. Согласно исследованию 2010 года, все тропические леса Земли отвечают за выработку 34% того кислорода, который производится на суше. На Амазонию приходится чуть меньше половины этих лесов, и они вырабатывают около 16% кислорода на суше, считает эколог Ядвиндер Мали из Института изменений окружающей среды Оксфордского университета.
Если учесть кислород, который вырабатывает фитопланктон в океане, доля тропических лесов Бразилии падает до 6-9%.
Но это ещё не всё. По ночам, когда фотосинтеза не происходит, подлые деревья начинают поглощать полученный днём кислород и выделять углекислый газ. Называется это клеточным дыханием. Мали и его исследовательская группа полагают, что деревья расходуют чуть больше половины того кислорода, который они же сами и произвели. Оставшуюся часть тратят тропические микроорганизмы, чтобы разложить мёртвые деревья и другую органику.
В результате вклад лесов Амазонии или любого другого биома в объём земного кислорода составляет около 0%, уверен британский учёный.
Специалист по атмосфере Университета штата Колорадо Скотт Деннинг говорит, что кислород, которым мы дышим, появился благодаря океаническому фитопланктону, который накапливал этот газ миллиарды лет. Кислород не пропал благодаря тому, что огромные массы планктона скапливались на дне морей, прежде чем до них добирались микробы. Иначе весь кислород был бы израсходован на разложение мёртвых организмов. По словам Деннинга, процессы, определяющие количество кислорода в атмосфере, происходят в течение длительных геологических периодов и не подвержены влиянию фотосинтеза.
Тем не менее, леса очень важны для охлаждения планеты, которое как раз и происходит за счёт извлечения углекислого газа из атмосферы. Поэтому учёные сравнивают их не с лёгкими, а с гигантским кондиционером, который смягчает последствия изменения климата на Земле.
Таким образом, глобально деревья никак не влияют на количество кислорода. Это же касается и наших городов. Если в городе не будет деревьев, не будет парков и аллей, количество кислорода от этого не изменится. Но роль кондиционера никто не отменял. Деревья охлаждают город, причём не только путём поглощения углекислого газа, но и просто за счёт тени, которую они создают. В результате температура на улицах с деревьями намного ниже, чем на улицах без деревьев:
Под деревьями комфортно гулять. Растения и зелень выполняют ещё и психотерапевтическую функцию, потому что человек вышел из леса, и ему гораздо приятнее находиться среди деревьев, чем среди бетонных коробок. Это наши первобытные инстинкты, поэтому мы стремимся добавить зелень в свой дом, нам хочется что-то сажать у себя на участке. Зелёный город – это в первую очередь комфорт. Деревьев в городе должно быть как можно больше! Но вот конкретно за кислород они не отвечают.
angel_avvadon
angel_avvadonИсследователь мира
Оказывается, взрослые люди считают, что дерево может жить и без фотосинтеза, и без дыхания. Мол, в городе никакого фотосинтеза не происходит, потому что там пыльно. Подобные заблуждения показывают, как сильно люди недопонимают биологию. А ведь всё это рассказывается в школе, и ребенок уже к пятому классу должен про дыхание и фотосинтез! Особенно смешно, когда народ начинает спорить про космические технологии и зеленую энергетику, и при этом не может ответить на элементарные вопросы о том, чем дышат растения.
Вот вам ликбез по растениям, запомните это раз и навсегда, распечатайте, повесьте на холодильник, и больше никогда даже не заикайтесь про то, что в городе деревья не фотосинтезируют, и что кислород они поглощают только ночью.
У всех растений параллельно происходят два процесса газообмена:
Растения, как и человек, дышат постоянно и непрерывно. Даже у семян есть дыхание, хотя и минимальное. Даже зимой, укрывшись снегом, вредная ёлка продолжает поглощать кислород и выпускать углекислый газ, хоть и в мизерных количествах. Потому что дыахние растениям необходимо так же, как и человеку.
На заметку: нельзя держать крупные растения в спальне. Если вентиляция в комнате плохая, то растение устроит вам дефицит кислорода.
Конечно, пыль на листьях значительно уменьшает газообмен, пыльные растения хуже дышат и хуже фотосинтезируют. Но упс: именно для этого растения в городе и нужны, для сбора пыли. Дожди смывают пыль с листьев на землю. Кстати, в жаркую погоду некоторые деревья в городе чахнут именно потому, что пяль на листьях копится, и растение не может нормально дышать, буквально задыхается.
Но если деревья не являются источниками кислорода, почему в лесу легче дышится? Во-первых, в лесу есть трава и кусты, которые фотосинтезируют больше, чем дышат. Во-вторых, растения задерживает на себе пыль и другие загрязнения воздуха, то есть в лесу воздух чище. В-третьих, растения увлажняют воздух и насыщают его разными полезными веществами. Например, если гулять по болоту во время цветения багульника, можно вылечиться от насморка. Проверено на себе.
Ну и вроде последнее: откуда тогда у нас кислород, если деревья дышат столько же, сколько фотосинтезируют?! Тут вам сейчас начнут со всех сторона задвигать умные речи. Мол, на самом деле кислород производят не леса, а водоросли, и вообще на самом деле весь кислород образовался еще на заре времен, при формировании планеты, а сейчас он только «круговоротится». Не верьте никому. Точных знаний про источники кислорода нет. Да, водоросли производят больше кислорода, чем деревья. Но водоросли тоже дышат! А еще считается, что кислород постоянно «стравливается» из атмосферы в космос. И никто не знает толком, откуда у нас берется столько кислорода, чтобы всем хватало. Население планеты растет, потребление кислорода растет, а меньше его не становится! И если честно, никто из ученых не знает, как наша планета на протяжении разных эпох умудряется сохранять баланс кислорода и углекислого газа. Но доподлинно известно: если кислорода в атмосфере будет больше, чем сейчас, то возрастет опасность пожаров.
Холодный воздух опасен при астме, бронхите и ХОБЛ. Что поможет?
Холодный воздух, обжигающий лицо при выходе на улицу, напоминает, что наступила зима. Кому особенно опасно вдыхать ледяной холодный воздух?
Холодный воздух, обжигающий лицо при выходе на улицу, напоминает, что наступила зима. Кому особенно опасно вдыхать ледяной холодный воздух?
Холодный воздух, обжигающий лицо при выходе на улицу, напоминает, что наступила зима. Кому особенно опасно вдыхать ледяной холодный воздух?
Больные с хроническими респираторными заболеваниями – астма, бронхит и
хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) – особенно подвержены риску. Холодный воздух может вызывать у больных с хроническими респираторными заболеваниями кашель, одышку и хрипы.
Даже у здоровых людей холодный сухой воздух может раздражать дыхательные пути и легкие. Это вызывает сужение верхних дыхательных путей, что затрудняет дыхание. Как обезопасить себя и снизить риски, если есть хронические респираторные заболевания? В статье оториноларинголог К. Джонс предлагает 7 способов, как обезопасить свое дыхание от холодного воздуха.
Чем опасен холодный воздух для дыхания?
«Холодный воздух нарушает слой влаги, выстилающий нижние дыхательные пути в легких. В результате влага испаряется быстрее, чем возобновляется. Этот эффект вызывает еще больше проблем с дыханием», – поясняет оториноларинголог К. Джонс.
Другая потенциальная проблема, которую вызывает холодный воздух. «При наличии хронических респираторных заболеваний( астма и ХОБЛ) холодный воздух провоцирует попадание большего количества воспалительных клеток в дыхательные пути. Это ухудшает симптомы», – отмечает оториноларинголог К. Джонс.
Почему нельзя дышать через рот?
При дыхании через нос холодный воздух нагревается и увлажняется, проходя через нос, горло и верхние дыхательные пути. Поэтому к тому времени, когда он достигает нижних дыхательных путей, он обычно достаточно теплый и не нарушает там слой влаги.
«Однако, если дышать в основном через рот, воздух больше не нагревается и не увлажняется носом, поэтому недостаток влаги нижних дыхательных путей будет способствовать усилению респираторных симптомов», – объясняет доктор Джонс.
Как обезопасить себя: 7 способов дыхания при астме, бронхите и ХОБЛ
1. Не забывайте о лекарствах
Если у вас есть заболевание дыхательных путей, заранее обсудите с врачом оптимальные лекарства для зимних месяцев.
Оториноларинголог К. Джонс обычно рекомендует своим пациентам с астмой использовать бронходилататор короткого действия альбутерол (провентил, вентолин, ProAir) перед выходом на улицу. Но правильный подход зависит от ваших конкретных потребностей.
2. Увлажнение полости носа
Рекомендуется искусственное увлажнение полости носа каждый день. Сухость в носу ощущается как заложенность носа, что приводит к дыханию через рот. Регулярное использование назального солевого спрея или назального солевого геля помогает уменьшить ощущение заложенности носа.
3. Закрывайте на улице рот и нос шарфом
Когда вы на улице, закройте нос и рот шарфом. Это уменьшает симптомы. При согревании вдыхаемого воздуха увеличивается влажность воздуха, которым вы дышите.
4. Реже выходите на улицу
Пациентам с респираторными заболеваниями следует по возможности меньшее время проводить на холоде, особенно при выполнении физических упражнений. Холодный воздух и нагрузки увеличивают сухость дыхательных путей и потенциально усиливают симптомы или риск приступа астмы. Все необходимые физические упражнения в зимние месяцы выполняйте дома или в тренажерном зале.
5. Поддерживайте температуру и влажность воздуха в помещении.
Даже находясь дома, вы можете снизить риск возникновения проблем с дыханием. Сохраняйте воздух теплым и влажным. Температура воздуха в помещении не должна быть ниже 17-18 градусов. Используйте увлажнитель воздуха, чтобы воздух не становился слишком сухим.
6. Избегайте раздражителей легких.
Запах дыма от печей может раздражать ваши легкие. Старайтесь избегать этого, когда вы находитесь на улице.
7. Берегите себя.
Если вы чувствуете ухудшение симптомов, обратитесь к врачу. Вместе вы можете придумать план, как облегчить дыхание зимой.
Как растения дышат зимой: выпревание и сохранность
Растения дышат зимой даже в лютые морозы, а при недостатке свежего воздуха, при неграмотном утеплении корней, стволов и ветвей, растения выпревают — задыхаются от недостатка кислорода и гибнут с приходом тепла.
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). Дыхательный субстрат распадается в результате дыхания растений.
Дыхание растений 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.
Аэробная и анаэробная стадии окисления углеводов
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 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 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.
Зависимость дыхания растений от внешних факторов
Недостаток влаги влияет на все процессы жизнедеятельности. С усилением водного дефицита, прежде всего, подавляется рост, затем фотосинтез и в последнюю очередь дыхание. Причем 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. Все это неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности и продуктивности растений.
Интенсивность дыхания быстро возрастает при повышении температуры до +35—40°C. Дальнейшее увеличение температуры приводит к снижению дыхания. В интервале температур от 0 до +40°C при повышении температуры на 10°C интенсивность дыхания удваивается.
Аэрация имеет существенное значение для процесса дыхания, 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.
Вредители и болезни наносят значительный урон растениям, что обусловлено 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.
Соотношение дыхания растений и фотосинтеза
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 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 ее структурной и функциональной целостности.
Таким образом, при внимательном прочтении изложенной сущности процесса дыхания растений можно понять, что дыхание 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.
Зимнее дыхание растений
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 все 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 запасенных продуктов фотосинтеза.
Проведенные 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 влечет 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 притертой ледяной корки — слоя льда, вплотную смерзшегося с почвой, или длительном пребывании его или его частей под мощным снежным покровом при температуре, близкой к 0°C, 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.
Зимующие травянистые растения — озимые, сеяные травы, земляника и другие, как уже было сказано, не имеют периода покоя. Они резко снижают 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 теплые, 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.
Например, такое дыхание листьев и побегов земляники должно наблюдаться при высоте снежного покрова дыхание почек побегов кустарников и деревьев (стланцев яблони и груши) при этой высоте будет наблюдаться до высоты от поверхности почвы, а при высоте снежного покрова около 20 см — у почек этих побегов, расположенных вблизи поверхности почвы.
Таким образом, наибольшая интенсивность дыхания растений зимой наблюдается в теплые и многоснежные зимы, наибольшими в такие зимы оказываются и затраты продуктов фотосинтеза на дыхание.
Влияние дыхания на морозоустойчивость
Исследования ученых по зимнему дыханию выявили зависимость интенсивности дыхания плодовых, ягодных и орехоплодных растений от их морозоустойчивости.
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.
Следовательно, 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.
Опыт З.Г. Ракитиной показал, 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 выпревание, очень неприятное явление в жизни растений.
Выпревание растений
Выпревание растений 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.
Растения начинают голодать и расходовать белки, когда у них остается всего 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°C, и у растений, укрытых снегом, продолжаются процессы дыхания и расхода запасенных 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°C наблюдается почти нормальная интенсивность дыхания, и при понижении температуры до 0°C расход запасенных углеводов на дыхание сокращается только вдвое, оставаясь достаточно высоким.
Таким образом, чем выше температура, тем интенсивнее идет расход запасенных углеводов, тем, следовательно, вероятнее гибель зимующих травянистых растений от выпревания. Особенно интенсивный расход запасенных углеводов вызывает переход растений на анаэробное дыхание при сильном затруднение к ним доступа воздуха.
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.
Подверженность зимнему выпреванию
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.
Выпревание вышеуказанных 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 исследований В.М. Бурдасова, 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. Лед в тканях основания стеблевой части растения создает 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 охлажденную часть растения.
Третье звено выпревания — аноксия (недостаток кислорода) внутри органа и переключение на анаэробный путь дыхания.
Четвертое 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.
Пятое звено выпревания — энергетическое истощение. Энергетическое истощение 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.
Зимнее дыхание черенков, хранящихся под снегом
Зимой продолжают дышать черенки плодовых растений, помещенные в снег для хранения, и их подвои, предназначенные для зимней и весенней прививок.
Сохранность черенков и подвоев косточковых плодовых растений от выпревания определяется теми же условиями, что и аналогичных выращиваемых деревьев и кустарников.
По итогам 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 промерзшей 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.
Опыты длительного воздействия на черенки при хранении небольших положительных температур порядка от 1 до 2°C показали, что процесс подопревания шел 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.
Резюме
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 запасенных 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 отрицательных температурах воздуха на поверхности снега.
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.
Любые непродуманные действия садоводов, без учета особенностей зимнего дыхания растений, связанные с сильным и длительным отеплением места расположения корневой шейки и корня (или всего растения) с помощью пленки, нетканого материала, снега и других подобных материалов могут привести растения или черенки к гибели растения.
Растение погибнет из-за нарушения притока воздуха к тканям при использовании для защиты от ожогов и резких скачков температуры пленки или рубероида. Также растения гибнут при очень раннем срезе черенков для весенней прививки, будучи завернутыми в пленку перед укладкой на хранение в снег.
Садоводы должны иметь понятие зимнем дыхании растений и, по возможности, использовать знания для обеспечения благополучной зимовки растений, и черенков для весенней посадки.