Самоорошение. Неучтенные физические факторы среды и их роль в жизни растений

Получена: 22 сентября 2023 года

Подписана к печати: 16 декабря 2023 года

*

ВСЕРОССИЙСКАЯ НАУЧНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ

С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ

ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ

посвященная 100-летию со дня рождения Антонины Степановны Лантратовой

«История и перспективы инт растений в России»

Немного философии

• >    Науки бывают фундаментальными и прикладными.

V Как только мы увлекаемся чем-то полезным для человечества, так сразу впадаем в антропоцентризм.

*^Наше поле зрения сужается, а объективность исчезает.

^Растения становятся инвазионными или исчезающими, ядовитыми или лекарственными, сорняками или культурной флорой.

^Циклические изменения климата превращаются в глобальные катастрофы.

• >    Борьба с антропоцентризмом в себе - одна из важнейших задач ученого. Иначе мы упускаем из виду то, что:

• >    Мы - дневные звери, и не осознаем, что растениям нужен не только солнечный свет и тепло, но и звездное небо над кроной холодной ночью.

• >    Мы - высшие сухопутные приматы, и не задумываемся о том, что выйдя насушу, растения попали под влияние электромагнитных полей, гравитации, недостатка влаги и колебаний температуры, от которых раньше их защищали фантастические свойства воды.

• >    Мы - жадные охотники-собиратели, превратившие многие растения в корм для себя и своего скота, и в цветочки для наших девочек.

• >    Мы —жестокие тюремщики, придумавшие ботанические сады и оранжереи.

• >    Мы - фитонекрофилы, чахнущие над гербарными листами.

Эта история началась с вопроса

Однажды, в конце 2012 года, один мой друг, «старый морской волк», спросил о Канарских соснах - Pinus canariensis C.Sm., орошающих почву в горах Тенерифа:

-А как они это делают?

Поиски ответа привели к гипотезе

• >    Высшее растение обычно неподвижно и, соответственно, адаптировано к этой неподвижности. Миллионылет эволюции обеспечили его всеми необходимыми адаптациями для получения требуемых для жизнедеятельности ресурсов с "доставкой на дом".

• >    Обычнодля того, чтобы обеспечиватьсебя водой растения могут: либо отрастить корни подлиннее, либо приспособиться дожидаться дождя или тумана.

• >    Однако в атмосфере Земли всегда есть вода. Просто надо уметь ее готовить.

  Немного физики

  
  

  0.2

  Downgoing Solar Radiation 70-75% Transmitted

  Upgoing Thermal Radiation 15-30% Transmitted

  
  
  
  
  
  

  Infrared

  
  
  
  
  
  
  
  
  

  Wavelength (цт)

  
  

А еще есть точка росы...

В 2013 году мною была предложена гипотеза, состоящая в том, что растения активно конденсируют атмосферную влагу на своей поверхности за счет снижения температуры поверхности (Ts) побегов и листьев ниже точки росы (TD)

Ts < TD при температуре воздуха выше точки росы Та > TD, те. при отсутствии тумана.

Под словом «активно» понимается:

V как снижение температуры поверхности растения за счет физиологических и физических механизмов,

V так и увеличение объема конденсируемой воды за счет увеличения доступной для воздуха поверхности растения.

ПРИНЦИПЫ ЭКОЛОГИИ, 2013, T. 2„ № 3(7).

5^ International Coni степсе on Fog. Fog Cotecton and Dew, 25-30 July 2010. lAinsiw ГЛ'«9; Germany

Highly effective fog-water collection with Pinus canariensis

AmoAf Groh, Techntca/ t/nrveraify of Bertin. Germany

w•« от -№ erf        J arc awy do n« пы#у ft r№ me rum wwonrent Thty art by 8r. rm a Aaw ж рун fix от speoXfwd tor cattirg htmdft toy he ar “he рпзыегу meet Actve pimt to serve T s ригрже а Реы immense. j tree пас* в flw Canary iwnci ■ я wmnew tor -ts apute-ry S eateawg w masare ane "as mtady bees used for -тапу aemres for fm purpose Ths Tee *wg atew a much men Am and епеют meotaf, faerdy way tf KWfrg and regen ■» ftvsteji #яж yy м «Ud be 3y* we tog oenmg пев Moreover rt noute aiso h№ to es-utish и rt-«utiyv *geu6№ n j ши way Agnaftun wouM pwAtoy 11» because vegt-tates codd t* peadaced wWed we Vw hyp cT p ьапгелм to dw* paws w*» r* mt-proves. we a/rwtoy -лппд. f » г» пдм tme

«и в Sam P trarvnsrt seedrsgs urwre» the пев *Mi rey

*i voor -vp» IN Mte* d Гн ж * much bgar tun r* wrtce erf Я* чв, пл «rating rute тот жЛс to ccrtoen» Wfwi a ft* уади a pcfruby j P ехчпепи *J be «Mabi^wd tiX aH*s тагу :rws wot *э№^г Туп the nee We igara to ecoogtii моа Те nto&Ktcn X P. сатнепм ne The emimn-merti eawed аж nd оме a yattern uwe n etw anen Xw tOTXVrerxX*frwiTuXC^idbesupen*>d ydf»R сагчгчпм«н» we меу touted ihry от a wi M*mxwtc t* urratvX ptaebc nets, and can wen h* » ertynoe an tea lora

The ■‘irxtort of net wWi dPwi *туКФгч wTi tt^rt to сОЙеблд fog *W h*e lew Muted rtere.*^ Д*9 *• P«t уют. bdh n general w eepwaiy m* чдаШ to P агчп«г»и" The №e grew fl a wde тгре a dr«c condbvw, < an lunrve отцК. heat ma ww-ftie, md temhen »»«*»* w ** * to ew ТУ 2Й0 № Jbcwt 1*1 Not 'iVwn a tKculxcn erf twee h» been estatished. t эсс№Х1> дпяисн tew and^etwcod

> Учитывает только туман

> Не учитывает температуру растения

> Не учитывает вклад других видов растений

Amsm, n ehch Ртд canarera.s oUd be имв for otcir. ng dnneng wxerfnor’fog ndude СМе. Йе fj t* -unofy n Ae ac «*eh s fteesswy te until

The rest. зга* гчнл» SACS. ;S6utan Aruryse o# Cutn Sytierns t-wad X Те TethnoX >vwvty d Bwln Me warty кддгяк to *e UM Hirnan Ryus Осипу tet ysests erf ггот-тгх ng Ргхт ехчпепи p« carte out txgHte x wwg йе асом to drrtung «нет n mdi от»¹

Ответ

V Густая и длинная ниспадающая хвоя Pinus canariensis C.Sm., обитающей на горных склонах Канарских островов способна сорбировать влагу, что обеспечивает не только потребность самого растения, но и значительно повышает влажность почвы в монтеверде, что используется в сельском хозяйстве для выращивания растений.

V В условиях тумана конденсация осуществляется:

V за счет механической сорбции микрокапель воды.

V и за счет выпадения росы, при снижении температуры поверхности хвои ниже точки росы

V Однако в условиях монтеверде, в связи с суточным перемещением облачного слоя по горному склону, сосны оказываются вне зоны тумана, и тогда конденсация росы становится основным источником влаги.

V Более того, охлаждение кроны сосен приводит к задержке облачного слоя непосредственно вблизи кроны и, вероятно, к наблюдаемому в этих условиях «горизонтальному дождю».

— Короче, Склихасовский!!

• > Собирает листьями туман и росу, и поливает почву под кроной.

Методы проверки гипотезы

Рассматривая ботанические сады, как уникальный инструмент научных исследований, следует подчеркнуть главную их особенность-собрание в одном месте крупных коллекций систематически близких таксонов различного экологогеографического происхождения, что позволяет сравнить ___ результаты исследований на таких разных и близких объектах.

В коллекции открытого грунта СБСК измерялась температура поверхности листьев растений вдоль маршрутного хода. При этом после 20:00 (RН 87%; Тд 21,5-22,2 °C) температура листьев всех растений, была ниже точки росы (Ts < TD= 19,4-19,6°C). Разница Тд и Tsсоставляла 3-5°С.

Результаты измерений температуры поверхности растений (Ts), точки росы (TD), температуры (ТА) и относительной влажности (ННД) воздуха в питомнике СБСК, Полдень, солнечно, 7 июня, 11:30 - 12:30,

Название растения	Ts	TD	ДТЮ	Тд	ДТ °C	RHA %
Thuja occidentalis 'Lutea LTA'	12,5	20,2	*7,7	32	19,5	50%
Thuja occidentalis 'Salaspils'	19,5	20,2	-0,7	32	12,5	50%
Cupressus sempervirens 'Russian Riviera'	20	20,2	-0,2	32	12	50%
Chamaecyparis pisifera 'Plumosa Albopicta'	17	20,2	-3,2	32	15	50%

Температура поверхности освещенных сухих листьев превышала 34 °C.

Измерение температуры в кроне растений осуществлялось с южной стороны в полдень на высоте 1 -1,5 метра,

• V Для молодых хвойных растений наблюдаемые значения T_s были ниже Т_диТ₀.

^ДТА5=^ТА*^Т5 = 12 0 19,5°С

ДТК= TD - Ts = -0,2 О -7,7°С

V Наиболее низкие значения T_s наблюдались у желтой и белопестрой форм, что позволяет считать уменьшение количества хлорофилла -адаптацией к высокому уровню инсоляции.

Hortus hot. 2015. Т. 10

Вид	Ts	TD	лтю	TA	ATas,°C	RHA%
Phoenix canadensis Chabaud	6,3	10,6	-4,3	16,3	10	69
Pinus canariensis C.Sm.	7,3	10,6	-3,3	16,3	9	69
Dracaena draco (L.) L.	6,5	10,6	-4,1	16,3	9,8	69
Euphorbia canariensis L.	5	10,6	-5,6	16,3	11,3	69

□ Dew Point, °C ■ Temperature, °C DA/C

Hortus bot. 2015. T. 10

Климат и роса

Сопоставление отклонений значений среднемесячных температур от точки росы в различных регионах мира позволяет утверждать практически повсеместную распространенность явления.

Достаточно, чтобы разница между величиной температуры воздуха и точкой росы не превышала 10° С

• •    что типично даже для пустынь, находящихся вблизи побережья,

• •    и проблемно для континентальных аридных территорий с низкой относительной влажностью воздуха.                Hortus hot. 2015. Т. 10

Копьяло, Чили                                 Таманрассет, Алжир

як «се мая аг» ма> но- июл* ау «и о*т *юя At*              я^ен Точка росы,X ^^н Температура воздуха, Х^^^— Д. X

^^^™ Точка росы. *С i^^ Температура воздуха, *С । Д, *С

Как достичь точки росы?

Для растений существует две основных стратегии охлаждения поверхности, которые могут быть использованы одновременно или порознь -не нагреваться и быстро остывать.

Количество доступных растению механизмов охлаждения поверхности огромно:

• V транспирация;

• ^ тепловое излучение;

• V испарение вторичных метаболитов;

^ отражение и снижение поглощения тепла в ближней ИК-области спектра;

V использование особенностей теплоемкости и других температурных аномалий воды.

***

^ Кроме того, они обладают огромным количеством приспособлений для водоотведения, сбора и сохранения воды.

Транспирация

Отто Л. Ланге(1927-2017) директор ботанического сада университета Вюрцбурга (1967-1992)

«Ботанический сад -это вам не public garden, а инструмент научных исследований.»

Показано, что температура транспирирующего листа растений существенно ниже в сравнении с температурой нетранспирирующих листьев.

Если бы Отто Ланге, опубликовавший эти результаты в 1963 г., полученные в Ботаническом саду Коста-Браво, сопоставил свои данные со значением точки росы, то мне не о чем было бы сейчас говорить.

Статья про супра- и субтемпературные растения в учебниках экологии была бы намного длиннее, а экологическая физиология растений получила бы новую пищу для размышлений в середине 60-х годов прошлого века.

Сол volvulus althaeoides -13,9 "С                Solanum melongeo -15,7 °C

Тепловое излучение

figure И. Pew IwmcU ingcftkiensy ratio (fie) of spine Ytnci spindcut Af. еЫигл№ш specks on four dewy nights in 2014, with die mean Eg for these two plot lines given 4ongwiih the unceru inry in the results that we get from repeated experime ntd runs on the мте specimen.

Бритый кактус теплее колючего?

Farhana Tegwen Malik

Iigurc9. Pholographsofdcw droplets on: (al ьр mesa nd stem of С. апегм; (b) the stem only off. it-ukanii.

Вторичные метаболиты

«...лаванда - это просто мечта садоводов. Она практически не нуждается в поливе.»

Теплоотражен ие

БобУрсем — голландский ботаник, директор ботанического сада

Технологического университета Дельфта.

Изучает светоотражающие свойства листьев растений.

Получил патенты на светоустойчивые краски из растительных пигментов и восков.

Отражение солнечного света - эффективный метод достижения точки росы - Leucadendron argenteum (L.) R.Br.

Водоотведение ’

Капли воды, формирующиеся на листе растения, не равномерно увлажняют его поверхность, а чаще всего формируют крупные капли, скатывающиеся с листа в почву или к основанию листа, у бромелиевых - в воронку, образованную листьями.

Все это происходит благодаря особенностям поверхности растений, их гидрофобным свойствам

Вильгельм Бартлотт — немецкий ботаник, директор ботанического сада Университета Бонна.

Открыл «эффект лотоса», заключающийся в несмачиваемости поверхности многих растений за счет гидрофобных свойств растительных восков на поверхности листа.

Self-Cleaning Surfaces in Plants: The Discovery of the Lotus Effect as a Key Innovation for

Biomimetic Technologies

• •    April 2023

• •    DOI: 10.1002/9783527690688.ch!5

• •    In book: Handbook of Self-Cleaning Surfaces and Materials

• •    Wilhelm Barthlott

Растения умываются без помощи рук

Self-Cleaning Surfaces in Plants: The Discovery of the Lotus Effect as a Key Innovation for

Biomimetic Technologies

• •    April 2023

• •    DOI: 10.1002/9783527690688.chl5

• •    In book: Handbook of Self-Cleaning Surfaces and Materials

• •    Wilhelm Barthlott

Растения умываются без помощи рук

V Форма кактусов и молочаев, позволяет воде

V Листья злаков не перпендикулярны солнечным лучам, а идеальны для стока воды.

стекать к корням и увеличивает площадь затенения поверхности растения

V Листья драконова дерева впитывают

влагу пазухами листьев

V Бромелин собирают воду в воронки из листьев

^^

*    . Rheum tqtqricum L,f. - Ревень татарский , _л ^^-

Растение с плодами. Казахстан, Алматинская обл., пойма р. Или. Май 2011 г.

Нурлан Кальчинов © 2012

А сколько это будет в граммах?

Следующая задача состояла в экспериментальном определении количества влаги, которое может сконденсироваться на поверхности растения при охлаждении ниже точки росы.

• -    Меня уже спрашивали, почему мы просто не взвешивали горшки с растениями.

• -    1. Потому что ночью растениям достается не только роса, но и туман, а разделить их невозможно.

• -    2. Испарение и поглощение воды поверхностью почвы, зависит от большого числа факторов, учесть которые практически нереально.

• -    3. Мы это пробовали в 2014-м в Сочи на офиопогоне и лириопе. Получилось, но велика ошибка.

Лучше попробовать рассчитать по формуле:

Для оценки количества конденсируемой воды на поверхности, охлажденной ниже точки росы, была собрана установка с термоэлектрическим модулем (ТЭМ) ТВ-127-1,0-1,3 размером 3x3 см. Установка была размещена в климатической камере, объемом 4м3, оснащенной системами поддержания температуры (Тд) и относительной влажности воздуха (RH).

После достижения стабильных значений RH и Тд установка включалась на 30 минут.

Ts поддерживалась в интервале от Одо 12’С ниже TD. Контроль температуры поверхности ТЭМ (Ts), влажности (RH, %) и температуры воздуха (Тд), а также точки росы (То), осуществлялся с помощью инфракрасного термометра Testo 835-Н1 с выводом данных на компьютер с интервалом 2 минуты. Сбор конденсата осуществлялся вручную С поверхности ТЭМ с помощью дисков фильтровальной бумаги диаметром 7 см и весом около 300 мг. Измерения количества конденсата осуществлялись сравнением массы фильтров дои после сбора конденсата.

Использовались весы лабораторные ВЛ-124В. Пределы допускаемой погрешности весов 0,5 мг.

Было определено количество росы, собираемой с известной площади, при известной продолжительности времени и известной температуре поверхности, в известных климатических условиях.

Диапазон испытанных климатических условий (RH 46,2... 65,6%; Т_д 13,2... 31,5‘С; Т_о 6,7... 20,7°С) примерно соответствует условиям ряда пустынь и полупустынь в которых предполагается наличие эффективного самоорошения растений за счет конденсации атмосферной влаги.

Зависимость эффективности конденсации воды (С) от снижения Т5 относительно TD. ■

Из диаграммы видно, что количество конденсата практически линейно возрастает по мере снижения Т₅ относительно T_D. Л инейная аппроксимация позволяет вывести коэффициент конденсации IQ = 1,5 мг/(см² хчас х град) в исследованном диапазоне RH, Т_А. Наблюдаемый разброс данных определяется вкладом RH, Т_А и T_D, который можно определить, ограничив выборку данных определенным диапазоном условий. Данные полученные при Т_д< 20°С и Т_д > ЗО’С, при RH <50% и RH >60% , T_d<10°ChT_d >15°С показали, что эффективность конденсации влаги возрастает с увеличением Т_д и T_D, и снижается с возрастанием RH. IQ во всех случаях изменяется в диапазоне от 1,3 до 2,1 мг/(см² х час х град).

Hortus hot. 2019. Т. 14

• •    Во всех экспериментах, данные о температуре (°C)

• -    воздуха - Т_А

• —    почвы - Т₅,

• —    поверхности растений-T_L

• —    точке росы - Т_о

• -    отклонения температуры поверхности отточки росы ^ДТ1-0 ⁼ Тг^Т№

• —    а также, относительной влажности (%) воздуха - RH

• •    получены с помощью инфракрасного термометра с интегрированным модулем влажности Testo 835-Н1 (Testo) с выводом данных на компьютер.

Циркадные ритмы саморошения драконова дерева

Жарким летом 2018 года в Карелии сложились необходимые (сходные с весной на Канарах) условия для изучения циркадных ритмов температуры поверхности листьев драконова дерева - Dracaena draco L. - солнце, жара, наличие объекта исследований и необходимых приборов

Температура воздуха (°C) и уровень солнечной радиации (Вт/м2) по данным метеостанции Davis Vantage Pro2 Plus в период с 9 июля по 7 августа 2018 г.

• •    Отклонение температуры воздуха и температуры поверхности листьев D. draco (AT_L._D) от точки росы в период с 9 июля по 3 августа 2018 г.

  

• •    Температура воздуха (°C) и уровень солнечной радиации (Вт/м²) поданным метеостанции Davis Vantage Pro2 Plus в период с 29 июля по 3 августа 2018 г.

  

• •    Точка росы, температура воздуха и листьев (°C), по данным инфракрасного термометра Testo 835-Н1.

• Отклонения температуры воздуха от температуры листьев составляли : 0-2°С с 10:00 до 18:00, 3-4°С с 22:00 до 6:00,13-20°С с 6 до 9 часов утра.

• Температура поверхности листьев ночью на 1- 5“С ниже точки росы, а с 6 до 9 часов утра на 7-10’С ниже TD

Расчет количества росы

• •    Для оценки количества конденсируемой влаги на поверхности растений необходимы данные

• —    о площади поверхности (SJ,

• -    отклонениях температуры поверхности отточки росы (AT_DL=T_D-Т)

• —    температуре и влажности воздуха, определяющих выбор К_с

• -    продолжительность периода времени при которой фиксируются отрицательные значения AT_D__L.

• •    Расчет объема выпадающей росы (V_D) велся на основе определенных нами коэффициентов конденсации по формуле:

• -    где коэффициент конденсации, К_с = 1,25 мкл/(см² х час х град) -для условий RH>80% и Т_д<20^аС;

• -    AT_D,_L-отклонение температуры поверхности отточки росы;

• —    т- продолжительность времени конденсации (период измерения 5 минут или 1/12 часа);

• -    S_L — площадь поверхности листьев.

  

• • Можно посчитать листья и объем контейнеров для воды

  

• • Средняя длина листа D. draco (в природе) составляет 79,7+13,02 см, а ширина 3,3+0,4 см, что дает среднюю суммарную площадь абаксиальной и адаксиальной поверхности одного листа (S_L) ~250 см². На диаграмме приведены результаты расчета количества росы, выпадающей на 1 м² поверхности (40 листьях D. draco ) каждые 5 минут в темное время суток в открытом грунте.

C overnight dewfall, ml/sq.m □ night sunrise

• •    Расчетное количество росы (мл), выпадающей за сутки на 1 м² поверхности листьев, в т.ч. в ночное время и в утренние часы.

Размышления

• •    Среди САМ-растем им есть представители семейства Asparagaceae./yifl которых атмосферная влага является важным источником воды, часто имеющие розеточную форму роста. Показана эффективность такой морфологии в отношении сорбции тумана (Martorell & Ezcurra, 2007). Общее количество тумана, перехваченного розеточными растениями, росло с увеличением общей площади листьев, за счет того, что многочисленные узкие листья максимизировали эффективность перехвата на единицу площади. Наблюдалась тенденция к развитию «синдрома узколистное™», по мере приближения ареала вида к районам, где часто бывает туман.

• *    Изучение микроморфологии устьиц (Klimko, Wiland-Szymanska, 2008) показало особенности строения кутикулы и восковых структур. Показано, что замыкающие клетки устьиц D. draco менее защищены восками. Следовательно, замыкающие клетки, как обладающие наиболее гидрофильной поверхностью, могут являться центрами образования микрокапель росы. Кроме того, устьица D. draco равномерно распределены рядами на адаксиальной и абаксиальной сторонахлиста, что имеет существенное значение для поглощения воды. Вода поглощается по градиенту осмотического давления устьицами и вполне вероятно, что ночью невозможно наблюдать формирование крупных капель росы.

• •    Известно, что Dracaena draco L (Nadezhdina & Nadezhdin, 2017) способна направлять атмосферную воду через пазухи своих листьев в стволовые ткани. Также noKaaaHoQura-Morawiec, Marcinkiewicz,2020), что поверхность листьев Dracaena draco может впитывать воду. Розеточная форма и гидрофобная поверхность, позволяют влаге быстро стекать к пазухам, где и происходит поглощение воды. Толстая базальная часть листа работает как резервуар для воды. Этот механизм представляет собой альтернативный способ поглощения воды растениями и, по мнению авторов, особенно важен в туманных районах засушливого и полузасушливого климата.

• •    Роса, выпадающая в утренние часы при быстром росте температуры, в значительной степени испаряется, однако ее количество сильно возрастает за счет роста градиента температуры между поверхностью листа и точкой росы. В это время устьица CAM-растения должны быть закрыты. Формирующиеся на поверхности замыкающих клеток капли росы быстро увеличиваются в размере и вся вода стекает в пазухи листьев.

• >    На примере драконова дерева (Dracaena draco L.) показано, что САМ-растение в аридных условиях способно конденсировать и поглощать в течение ночи воду, добываемую из тумана за счет большой поверхности листьев, и в виде росы из воздуха за счет снижения температуры листьев ниже точки росы.

Туман и роса -две составные части, два источника самоорошения растений.

Народно-хозяйственное значение САМ растений

Циркадные ритмы саморошения мятлика лугового

• Поводом для исследования стал некачественный покос газонов лугового типа в Ботаническом саду ПетрГУ в жаркий июнь 2020 года.

• Нельзя при покосах низко срезать всю траву - самоорошение прекращается, а это основной источник воды в верхнем слое почвы при отсутствии дождя.

•Задачасостояла в регистрации циркадных ритмов температуры поверхности растений с нормальным метаболизмом.

•Измерить температуру поверхности узких листьев злаков с помощью инфракрасного термометра проблематично, но зато легко оценить температуру поверхности газона при достаточно плотном травостое.

• Объект исследований

Семена Роа pratensis 'Sobra' были посеяны 22.07.2020. на участке площадью~2 кв.м, на территории метеостанции Ботанического сада ПетрГУ. Измерения начаты 18.08 и завершены 26.08 при высоте травы 10-15 см

• •    Температура воздуха и уровень солнечной радиации поданным метеостанции VantageРго2 Plus.

Leaf-Dewpt. Dist.(X) ^—Air-Leaf Temp, dist (еС)        Air-Dewpt. dist.(°C)

• •    Отклонения температуры поверхности газона и температуры воздуха от точки росы и отклонения температуры воздуха от температуры поверхности газона

• •    Температура поверхности листьев

• -    на 2-11°С ниже температуры воздуха днем (транспирация)

• -    на 1- 6°С ниже точки росы ночью (тепловое излучение}

Определение количества листьев и площади поверхности газона.

• •    По окончании измерений были собраны образцы свежей травы с 200 см² . Вес образцов с длиной травы 10 см составил = 16,5 грамм. Вес 20 листьев длиной 10 см и шириной 1 мм = 0,2858 гр.

• •    Таким образом при равной длине листьев (10 см) на площади 200 см² собрано ^1150 листьев что составляет 57500 листьев на квадратный метр, адаксиальная и абаксиальная поверхность (SJ которых при длине листа 10 см и ширине ОД см равна 115000 см², т.е. в 11,5 раз превышает поверхность почвы, на которой произрастают растения.

• •    За время измерений (195часов) температура поверхности газона была ниже точки росы на протяжении 1172 5-минутных интервалов измерений, или в течение 97,7 часа, что составляет в среднем ~ 12 У» часа в сутки.

• — При К,- = 1,3 мг/(см² к час х град) - для условий RH>60% и Т_А<20°С рассчитано количество росы, выпадающей на 1 м² поверхности газона каждые 5 минут в темное время суток в открытом грунте.

  - Приведены данные по солнечной радиации иосадкам.

Результаты

• Согласно расчетам за указанный интервал времени (~8 суток} на 1 кв.м, поверхности газона при высоте травостоя 10 см выпадает не менее 30 кг росы.

• • Количество росы, выпадающей за ночь на 1 кв.м газона при высоте травы 10 см.

• - Учитывая морфологию побегов злаков, понятно, что вся роса по действием гравитации стекает в почву.

Выводы

• • При снижении высоты газона, количество выпадающей росы, будет снижаться пропорционально уменьшению площади листьев.

• Зависимость эффективности самоорошения газона от высоты покоса.

- Садовники должны руководствоваться прогнозом погоды и не косить в жару и передней

Идеальный день

IR Surface Temperature of Lown (*C)     — Air Temperature, °C

Перед экологической физиологией растений открытие саморошения растений ставит новые цели и задачи, т.н. полученные данные связываютмногие ранее известные явления и показывают, что:

• V    пигментация, опушенность и аналогичные адаптации - инструмент светоотражения или снижения поглощения в инфракрасном диапазоне, не только препятствующий нагреву поверхности растений, но и способствующий их быстрому охлаждению;

• V    устьица не только «нос» растений, но и их «рот» помощью которого можно поглощать сконденсированную влагу по градиенту осмотического давления;

• V    колючки и заостренные листья - инструмент для охлаждения растений, вероятно, с помощью биоэлектрических процессов с тепловой радиацией;

• V    гидрофобная поверхность листьев служит для формирования крупных капель конденсата, не успевающих испариться и скатывающихся к корням, или в розетку из листьев;

• V форма пустынных кактусов, молочаев и других суккулентов, позволяет конденсату стекать прямо к корням растений, а зачастую и увеличивает поверхность стебля для конденсации влаги;

Значимость конденсации атмосферной влаги для экосистем трудно переоценить.

V В первую очередь, речь идет о механизме сохранения воды разнообразными растительными сообществами, например -лесами. Не только атмосферная влага, но и транспири руемая вода возвращаются в экосистему за счет конденсации.

V Учитывая, что площадь поверхности листьев каждого дерева многократно превосходит площадь почвы, то следует пересмотреть существующие оценки экологического ущерба от уничтожения лесов. Ситуация может быть более удручающей и приводящей к ускоренному опустыниванию земель в субаридных условиях.

V Устойчивость аридных экосистем, прохлада лесов и тени саксаула получает корректное объяснение.

V Для почвопокровных растений, корневая система которых зачастую не достигает глубоких водоносных слоев, данное явление позволяет выдержать кратковременное высыхание поверхностных слоев почвы в дневное время или препятствовать такому высыханию.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ

• >    Изучение механизма явления позволит в дальнейшем осуществлять модификацию растений путем селекции и генной инженерии с использованием близкородственных засухоустойчивых видов с эффективной конденсацией воды.

• >    Такие растения могут принести огромную пользу для повышения засухоустойчивости сельскохозяйственных культур и для борьбы с опустыниванием.

• >    В последнем случае целесообразен подбор интродуцентовс максимально эффективной конденсацией воды.

• > В интродукции растений и при формировании дендрологических коллекций самоорошение, требующее строго определенных условий культивирования каждого вида, определяет возможность и успешность устойчивого существования растения:

• V сведения о диапазоне изменения температуры поверхности становятся критерием отбора потенциальных интродуцентов;

• ^ выраженная способность к самоорошению повышает шансы интродукции растений в более аридные условия;

• V с другой стороны, снижается устойчивость к заболеваниям в более влажном климате;

• ^ в низкотемпературных регионах, излишнее снижение температуры поверхности листьев и побегов приведет к обмораживанию надземной части.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОЛЛЕКЦИЙ БОТАНИЧЕСКИХ САДОВ

Способность растений к самоорошению позволяет ботаническимсадам создавать экспозиции растений, не нуждающихся в поливе в местных условиях, формируя своеобразные полузащищенные коллекции, когда влажность воздуха и температура не регулируются, но прозрачная крыша защищает растения от переувлажнения.

Таким образом, мы можем создать коллекции абсолютно засухоустойчивых растений для своих регионов, и приготовиться к жесткому сценарию изменения климата.