Как растения борются с засухой и засолением
В большинстве районов Средней Азии земледелие невозможно без орошения. Сельскохозяйственные растения здесь страдают от засухи, т. е. от недостатка воды в почве и от слишком сухого и горячего воздуха.
В то же время в пустынях есть много растений, которые приспособились к этим суровым условиям, хорошо растут и развиваются. Им помогает переносить жестокую засуху и успешно бороться с ней целый ряд приспособительных свойств. Эти свойства у растений пустыни возникли не сразу. Сменились многие тысячи поколений, многие из видов погибли. Выжили лишь те виды, у которых под влиянием окружающих условий в процессе естественного отбора закрепились и развились особенности, помогавшие им бороться с засухой.
Растения, хорошо переносящие засуху, есть не только в пустынях, но и в степях. В степях осадков больше (300—350 мм в год), но летом почти всегда, хотя бы и на короткий срок, бывает засуха. Растения, хорошо переносящие засуху, получили название ксерофитов (от греческих слов «ксерос» — сухой и «фитон» — растение).
Наиболее известные ксерофиты — кактусы, жители пустынь Северной и Центральной Америки. Кактусы разводят любители комнатных цветов. Академик Н. А. Максимов удачно назвал кактусы растениями-скопидомами. Действительно, в период дождей кактусы запасают воду в стеблях, поглощая ее сильно разветвленной, но лежащей в почве неглубоко корневой системой. Листья у них изменились и стали колючками. Кактусы покрыты толстой кутикулой и очень экономно расходуют воду. В то же время они устойчивы к действию высоких температур. Многие кактусы без особого вреда выносят нагревание до 62° и даже несколько выше. Это наиболее жароустойчивые цветковые растения на Земле.
Кроме кактусов, запасающих воду в стеблях, существуют растения, запасающие воду в листьях. К ним относится комнатное растение алоэ. В диком виде оно растет в южноафриканских пустынях. В средней полосе нашей страны на песчаной почве растет небольшое цветущее золотисто-желтыми цветками растение очиток едкий. Листья очитка мясистые, с запасами воды, которые растение расходует, когда нет дождей.
Многие кустарники и небольшие деревья в пустынях Средней Азии добывают воду при помощи глубоко уходящей в почву корневой системы. Среди побуревшей растительности выжженной солнцем глинистой среднеазиатской пустыни выделяются ярко-зеленые кусты с очень мелкими листьями и массой колючек. Это верблюжья колючка. В тканях верблюжьей колючки много сахара, но питается ею только неприхотливый верблюд. Почему же верблюжья -колючка чувствует себя хорошо, когда большинство других растений пустыни погибают от засухи? Дело в том, что длинный корень колючки доходит до грунтовой воды — до глубины 10—20 м. Когда рыли Суэцкий канал, то в одном месте обнаружили корень верблюжьей колючки на глубине 33 м. Поэтому-то колючка и не испытывает недостатка в воде. Испаряя воду, она охлаждает свои ткани и может перенести высокую температуру воздуха.
У растений существуют и другие способы борьбы с засухой. В песчаных пустынях Средней Азии встречаются прутообразные кусты джузгуна (каллигонума). Его листья срослись со стеблями. Листовая поверхность у джузгуна меньше, чем у других растений, а поэтому и испарение воды сравнительно небольшое.
Кактусы — самые жароустойчивые растения на Земле.
В западносибирской степи обращает на себя внимание маленькое сизое растение — вероника сизая. Стебель и листья у нее опушены волосками. Волоски эти быстро отмирают и заполняются воздухом. Воздух плохо пропускает тепло, потому вероника сизая не так сильно нагревается солнечными лучами. Кроме того, вероника сравнительно легко переносит высыхание. Она может потерять до 60% содержащейся в ней воды и все же пережить засуху. Такими же свойствами отличается и полынь сизая.
В степях во время и после дождя можно заметить на поверхности почвы небольшие темно-зеленые комочки синезеленой водоросли носток. Когда нет дождей, носток высыхает, становится маленькой сухой буровато-серой корочкой, которую трудно заметить. В таком виде носток переносит засуху, а растет и развивается после выпавшего дождя и осенью.
В глинистых пустынях Средней Азии ранней весной почва почти сплошь покрыта эфемерами, (от греческого слова «эфемерос» —однодневный) — растениями из различных семейств: злаковых, крестоцветных, маковых и др. Эти растения борются с засухой, как бы обгоняя ее: у них очень быстрое развитие. Весной в почве пустыни есть влага и температура воздуха умеренная. Эфемеры используют это и быстро заканчивают свой рост и развитие. За 5—6 недель они успевают зацвести и принести семена, которые пролежат в сухой почве до следующей весны.
Кроме однолетних эфемеров в пустыне есть и многолетние эфемероиды. К эфемероидам относятся растущие в степях и пустынях тюльпаны, песчаная осока и ряд других растений. Они переживают засуху, образуя корневища, клубни и луковицы. Все эти части растений находятся в почве и защищены от потери воды специальными покровами. Эфемероиды, как и эфемеры, успевают принести потомство (семена) весной. Когда приходит засуха, она им уже не страшна.
Ксерофиты встречаются не только в степях и пустынях. Есть они и в средней полосе, и даже в северной части нашей страны. Например, лишайник ягель, как почти все лишайники, хорошо переносит высыхание, а после дождя вновь начинает расти.
Многие растения степей добывают воду глубоко уходящей в почву корневой системой: 1 — корень фалькарии; 2 — корень шалфея; 3 — корень вероники сизой.
Не менее интересна группа растений галофитов (от греческого слова «гальс» — соль). Они растут на засоленной почве: по берегам морей или в засушливом климате (в зоне степей, полупустынь и пустынь). В засушливом климате с поверхности почвы сильно испаряется вода, а растворенные в ней соли (поваренная соль, сернокислый натрий, сода и др.) поднимаются с водой наверх и остаются в почве. Так образуются солончаки, на которых могут расти только одни галофиты. Обычно в самом центре солончака, где засоление наиболее сильно, растений совсем нет, а только белеют «выцветы» солей. Вокруг лишенного растительности пятна, там, где солей уже меньше, поселяется самое солеустойчивое на свете растение — солерос. Вид у солероса необычный. Это небольшое, высотой от 10 до 30 см, однолетнее травянистое растение. Оно состоит из отдельных члеников, толстых и мясистых. Каждый такой членик представляет сросшийся с листом стебель. Внутри своих тканей солерос накапливает соли. Когда в ткани оказывается слишком много солей, отдельные членики отпадают. Так солерос защищается от избытка солей внутри своего организма. Бок о бок с солеросом растет сведа, имеющая стебель и толстые мясистые листья. Она хуже, чем солерос, выдерживает засоление почвы. Несколько иным образом борется с засолением кермек, обладающий прикорневой розеткой листьев. В жаркий солнечный день листья кермека покрывает похожий на муку белый налет. Попробуйте лизнуть этот налет языком, и вы почувствуете солено-горький вкус. Через особые желёзки кермек выделяет избыток солей на поверхность листа, а отсюда их смывает дождь. Так же выделяет соли и среднеазиатский кустарник тамарикс.
По самому краю солончака растет особый вид полыни — полынь солончаковая. Она может расти на засоленной почве, но отличается от, солероса и кермека тем, что поглощает из почвы очень мало солей.
Галофиты, несомненно, произошли в далеком прошлом от глюкофитов, т. е. растений, растущих на незасоленной почве (от греческого слова «глюкос» — сладкий). В процессе естественного отбора среди глюкофитов, поселявшихся на засоленной почве, выживали те, которые были способны переносить засоление. Теперь многие галофиты уже не могут жить в ином месте и лучше развиваются при сравнительно высоком содержании солей в почве. Их происхождение от глюкофитов подтверждается и тем, что семена многих галофитов лучше прорастают на малозасоленной почве. Обычно осенью, зимой и ранней весной солончак отмывается от солей, вернее соли уходят вместе с дождевой водой в более глубокие слои почвы. Семена солероса прорастают, когда в почве почти совсем нет солей. Затем понемногу соли поднимаются с испаряющейся водой наверх, где их поглощают корни проросшего растения.
Галофит солерос: 1 — общий вид; 2 — веточка; 3 — поперечный разрез веточки.
Своеобразно приспособилась к засолению мангровая растительность. Мангровые растения растут по побережьям тропических морей — в заливах, проливах или в устьях рек, там, куда не доходит морской прибой. Очень часто мангровой растительностью покрыты внутренние берега коралловых атоллов. В тропической части Китая, на острове Хайнань, мангровые представляют собой кустарники значительно выше человеческого роста. В Индонезии некоторые мангровые достигают 20 и более метров высоты (см. рис. на стр. 158).
Большинство мангровых растений — деревья с гладкими кожистыми листьями, они напоминают комнатные фикусы, но стоят как бы на огромных подпорках. Это ходульные корни, они помогают мангровым растениям вынести крону выше уровня прилива. С поверхности почвы поднимаются вверх искривленные дыхательные корни. С их помощью многие мангровые поглощают из атмосферы кислород. В почве мангровым его не хватает, так как она затопляется приливом.
Солерос лучше развивается на засоленной почве. В сосуде слева почва незасоленная, в сосуде справа — засоленная. Посеяны растения одновременно.
Самое удивительное у многих мангровых то, что это растения живородящие: их семена прорастают на материнском растении. Плоды с проросшими семенами свешиваются с деревьев в виде длинных образований, достигающих у некоторых пород 30 см. На поверхности почвы, где растут мангровые, обычно лежит большое количество таких проростков, отпавших от материнского растения. У многих из проростков на нижнем конце можно заметить корни, идущие в грунт. Все исследователи, изучавшие жизнь мангровых растений, утверждают, что корни на этих проростках образуются очень быстро (за несколько часов), и проросток легко укореняется в илистом либо песчаном грунте. Если бы семя мангровых пород упало в морскую воду непроросшим, оно быстро отравилось бы солями. Однако этого не происходит, потому что семя прорастает на материнском растении. Получая от него питательные вещества и соли, оно приспосабливается к засолению. Оторвавшемуся от материнского растения проростку уже не страшно сильное засоление.
Растения, не приспособленные к засолению, развиваются на засоленной почве плохо. Во всех трех сосудах растения. хлопчатника посеяны одновременно. Слева направо: почва без засоления, почва засолена сульфатами, почва засолена хлоридами.
Изучение засухоустойчивых и солестойких растений помогает человеку расширить посевы культурных растений за счет пустынь и засоленных почв. Зная, как дикорастущее растение защищается от засухи и избытка солей, можно повысить устойчивость растений к засухе и высокому содержанию солей в почве, т. е. увеличить их засухоустойчивость и солеустойчивость. Для этого путем отбора выводят сорта различных культурных растений, которые смогут противостоять вредному влиянию засухи или засолению почвы. Применяют агротехнику и мелиорацию (удобрения, гипсование солонцов и т. д.). Кроме того, в известной мере к засухе и засолению почвы можно заставить растение приспособиться.
Ветка мангрового растения канделии; слева и справа — проростки, отрывающиеся от материнского растения и после падения укореняющиеся в почве.
Для повышения засухоустойчивости намачивают семена молодых растений в определенном, неодинаковом для разных растений количестве воды, а затем подсушивают их в течение нескольких дней на воздухе. Во время подсушивания семена испытывают своеобразную засуху и сравнительно легко приспособляются к ней. Выросшие из таких семян растения отличаются значительной засухоустойчивостью и приносят в засушливых условиях повышенный урожай. Так, например, в одном из опытов незакаленное просо на площади 100 га дало урожай зерна 15 ц с гектара, в то время как закаленные против засухи растения дали 20 ц с гектара на той же площади.
Оба растения томата испытывают влияние почвенной засухи. Справа — томаты, выращенные из семян, прошедших предпосевное закаливание; слева — контрольное растение, завядшее из-за недостатка воды.
При солевом закаливании семена растений выдерживаются перед посевом несколько часов в солевых растворах. После этого они приобретают повышенную солеустойчивость и приносят больший урожай на засоленной почве, так как поглощают меньше вредных солей из почвы и проявляют пониженную чувствительность к ядовитому действию солей.
Так, используя природную способность растительного организма приспосабливаться к неблагоприятным условиям существования, можно существенно изменить свойства культурных растений и значительно повысить их урожайность.