Как изменение в погоде влияют на состояние растений: GISMETEO: Влияние погоды на цветы и растения — Климат

GISMETEO: Влияние погоды на цветы и растения — Климат

Перейти на мобильную версию

31 авг, 7:53, 2021

1. Климат

Изменения температуры, количество осадков и другие погодные явления значительно влияют на жизнедеятельность растений. Особенно чувствительны к среде цветы.

© pixabay.com

Как погода влияет на растительный мир

Для нормального развития растениям нужны определенные условия. Если они не соблюдаются, растение может погибнуть или адаптироваться. Например, ввиду глобального потепления многие весенние цветы стали раскрываться позднее и дольше пребывать в состоянии зимнего покоя.

Ростовые процессы растений — вегетация, цветение, плодоношение — зависят от природной ритмики, синхронизируются с изменениями окружающей среды.

Неблагоприятные условия они способны переживать только в состоянии покоя. Вынужденный покой возникает в ответ на негативные факторы.

У каждого растения есть своя температура, необходимая для начала вегетации. Обычно ее минимальное значение находится в переделах от 0°С до +5°С. Некоторые цветы, в том числе пролеска сибирская, могут зацвести сразу после схода снега, даже если земля еще промерзшая, а температура воздуха отрицательная.

Влажность воздуха не менее важна. Низкая влажность может привести к иссушению и гибели растения. Зона комфорта для большинства цветов — 60-70%.

Говоря о солнечном воздействии, учитывают спектральный состав света, интенсивность, суточную динамику. От избытка света хлорофилл разрушается, растение становится желтоватым и приземистым. Яркое солнце может оставлять ожоги на коре деревьев. При пониженной освещенности растение темнеет и увеличивается, цветение маловероятно.

Различные осадки и ветер могут причинять вред насаждениям. Из-за сильного ветра в лесах появляются буреломы.

Обилие снега, скопившегося на кронах, приводит к снеголомам. Град повреждает все нежные растения и их части: цветы, листья, побеги, плоды. Ливневые дожди вымывают семена и всходы, приводят к опадению цветов.

Механизмы защиты растений от неблагоприятных условий

В ходе эволюции растения выработали механизмы, способны защищать их некоторых погодных явлений. Одним из механизмов защиты можно назвать способность деревьев сбрасывать листья для защиты от зимних холодов или умение многолетних растений запасать в луковице питательные вещества. Для защиты от неблагоприятных факторов среды могут использоваться:

• анатомические особенности: корка, кутикула и т. д.;
• особые органы защиты, например, колючки;
• структурные приспособления: мелколистность, погруженность устьиц и т. д.;
• двигательные реакции;
• способности к выработке защитных веществ: смол, белков, токсинов и др.

Неблагоприятные условия вызывают у растения стресс, который стимулирует гормональную систему. Начинают вырабатываться гормоны, тормозящие рост и приводящие к состоянию покоя.

Физиологические механизмы особо явно видны на примере суккулентов. В процессе фотосинтеза они используют минимум воды, так как иначе невозможно выжить в пустыне.

Растения, произрастающие на засушливых территориях, имеют высокую засухоустойчивость. У всех тонколистных ксерофитов, в том числе верблюжьей колючки и полыни, есть развитая коневая система и концентрированный клеточный сок. В сильную засуху они сбрасывают часть листьев и веток. Жестколистные ксерофиты, к которым относятся степные злаки и ковыли, отличаются слабой корневой системой, но умеют скручивать листья в жару.

Мороустойчивость растения зависит от закаливания. Оно постепенно готовится к низким температурам. Это вариант обратимой физиологической устойчивости.

Влияние температуры на букеты из свежих цветов

Срезанные цветы плохо переносят тепло и прямые солнечные лучи. Желательно размещать их затемненном месте с умеренной влажностью. Вреден и сквозняк, поэтому вазы не ставят вблизи дверей и окон. Предпочтительная температура — 16-18°С. В цветочных магазинах она еще ниже, для большинства цветов уместно хранение при 2-5°С или 8-10°С. От тепла цветы вянут, меняют окраску и гниют.

Материал подготовлен при содействии профессиональных флористов.

© pixabay.com

Читайте также

Изменения климата повысили вероятность экстремальных пожаров на 40 %

За несколько лет Калифорния и западный Орегон пережили самые разрушительные лесные пожары в истории наблюдений

Один антарктический турист является причиной таяния 83 тонн снега – исследование

25 февраля в Украине местами пройдут дожди с мокрым снегом

В Киеве 24 февраля ожидается пасмурная погода, временами — дождь

Гололедица и туман: на западе Украины объявили «желтое» предупреждение

Погода в Украине 24 февраля: в большинстве областей – без осадков

Снегопады и сильный холод накрыли центральную часть США

К утру вторника в Уошберне, штат Висконсин, выпало более 50 см снега

Влияние погодных условия на развитие плодово-ягодных растений

Все плодово-ягодные растения — многолетники. Зимой их надземная часть подвергается воздействию неблагоприятных погодных условий: морозам и оттепелям, гололеду и обильным снегопадам, сильному ветру и метелям. Зима для растений любого региона — период серьезных испытаний.

С наступлением весны неблагоприятные условия создаются резкими суточными перепадами температуры воздуха от отрицательных до положительных значений. В период цветения весенние заморозки могут также отрицательно сказаться на дальнейшем развитии растений. В летний период при недостатке тепла ростовые (вегетативные) и плодоносные (генеративные) органы растений, как правило, не успевают вызреть и зимой такие растения могут подмерзнуть даже при сравнительно небольших морозах.

Каждый год плодово-ягодные растения подвергаются тем или иным экстремальным погодным условиям. И садоводам-любителям надо знать, как можно снизить их отрицательное влияние. Вопрос этот сложный и однозначного ответа на него нет. Прежде всего надо знать характер самих экстремальных погодных факторов и механизм биологических процессов, которые возникают под их влиянием.

Плодово-ягодные растения в процессе своего развития за период от их посадки до раскорчевки проходят несколько возрастных периодов. Их можно сгруппировать в три периода:

1. период роста объема и нарастающего плодоношения (до устойчивого плодоношения),
2. период максимального объема и полного плодоношения (до наступления максимальных урожаев),
3. период уменьшения объема и снижения плодоношения (до отмирания вегетативных органов, падения урожайности и ухудшения качества плодов).

Продолжительность каждого из этих периодов варьирует из-за биологических особенностей пород, сортов, погодных и почвенных условий. Различны также и приемы агротехники, перед которой в любой из трех периодов стоят свои задачи, например, обеспечение сильного роста, создание глубокой корневой системы, получение регулярных урожаев и т. д.

В течение года жизнь плодово-ягодных растений изменяется в зависимости от внешних условий. В годовом цикле развития растений выделяют два периода: период вегетации и период покоя.

Период вегетации. Вегетация плодово-ягодных растений начинается с выхода растений из состояния покоя с переходом средних суточных температур через 0—5 °С и сходом снежного покрова. Этот период начинается весной с момента распускания почек и заканчивается осенью листопадом.

Наиболее важной фазой в весеннем развитии является цветение. Период цветения плодовых и ягодных культур очень часто совпадает с волной похолодания, когда при вторжениях холодного воздуха с севера температура воздуха ночью нередко опускается до отрицательных значений.

Температура повреждения растений заморозками непостоянна и зависит прежде всего от предшествующих заморозку температур, их суточной амплитуды, состояния растений и т. д. Как было установлено, температура в зоне цветков деревьев и кустарников находится в прямой зависимости от многих факторов: в каком виде содержится почва, есть ли защита от холодных ветров и др. При содержании почвы в виде черного пара температура будет выше, при залужении или наличии невыполотых сорных растений — ниже. Кроме того, внутри кроны и на ее поверхности температура также неодинаковая.

За фазой цветения следует фаза образования завязей и развития плодов. Не все цветки дают плоды. Завязей, как правило, на растении образуется значительно больше, чем будущих плодов — часть завязей опадает. Яблоня при обильном цветении для создания нормального урожая использует только 5—20 % общего количества цветков.

Параллельно с развитием плодов у растений идет рост вегетативных и генеративных органов — листьев, ростовых побегов, плодовых веточек, ростовых и цветочных почек, корней и корневой поросли — и исподволь начинается подготовка к зимнему периоду. В это время заканчивается линейный рост побегов и растения переходят к послеростовой вегетации. Нормальное прохождение этих процессов зависит от погодных условий, в частности, от температуры воздуха.

Вегетативный рост побегов в длину начинается с момента распускания почек и заканчивается приостановкой их роста с образованием верхушечных почек.

Потребность в солнечном сиянии в период роста побегов составляет для яблони 700—720 ч, для груши 650—670 ч, для смородины и крыжовника 700—720 ч и для малины 840—860 ч. На продолжительность периода линейного роста оказывает влияние влажность почвы и воздуха, минеральное питание и другие факторы.

По мере роста побегов в пазухах листьев формируются новые почки — зачатки будущих побегов. Интенсивность и продолжительность роста побегов варьируют. Если весь период линейного роста разделить на три равные части, то в первой трети периода у всех сортов плодово-ягодных культур в разных географических пунктах рост идет однотипно. Эта часть периода линейного роста полностью или в значительной степени совпадает с бутонизацией, цветением и частично с началом роста плодов. Существенных сортовых различий в течение первой трети периода не наблюдается.

Различия начинают проявляться летом, во второй и особенно в последней трети периода, когда побеги заканчивают линейный рост. Именно в это время проявляются и сортовые различия в реакции растений на погодные условия года. У ягодных (смородина) и косточковых (слива) культур в течение первой трети периода роста на побегах закладывается примерно половина будущего количества почек. На каждом дереве или кусте в зависимости от возраста, состояния растения и условий погоды закладываются разные типы почек: ростовые, цветковые, цветково-ростовые, спящие, придаточные, верхушечные, пазушные и боковые, причем закладываются они в разном соотношении. Сколько и каких почек заложится зависит от всего комплекса условий среды и состояния растения. Последнее определяется погодными и почвенными условиями и генотипом. От количества цветковых и цветково-ростовых почек впрямую зависит урожай следующего года. Именно в это время хорошо сказывается на развитии растений тщательный уход за ними (подкормки, поливы, рыхление почвы, прореживание и т. д.).

После окончания фазы линейного роста наступает фаза послеростовой вегетации. По продолжительности период послеростовой вегетации примерно равен периоду линейного роста. Оба эти периода в совокупности составляют единый период активной вегетации. Для средней полосы, в частности для Подмосковья, по продолжительности он чуть меньше периода органического покоя.

В период активной вегетации развиваются не только надземные части растений, но и их корневые системы.

Корни способствуют устойчивости дерева при ветрах и плодонагрузках. Они поглощают из почвы воду с растворенными в ней минеральными веществами, усваивают из почвы органические вещества и витамины, а также синтезируют разнообразные вещества, необходимые растению для его жизненных процессов, и хранят запасные вещества, которые нужны растению в периоды перезимовки и весеннего роста.

Различают скелетные, обрастающие и активные корни.

Скелетные корни имеют толщину более 2—3 мм, покрыты пробковым слоем. Их назначение — удерживать растение в вертикальном положении, проводить поглощаемую из почвы воду и растворенные в ней элементы минерального питания. В скелетных корнях откладываются также запасные органические вещества, в частности, жиры, крахмал и др.

Обрастающие корни (корневая мочка) — это сильно разветвленные корешки диаметром менее 2 мм. Их назначение — пронизывать почву, охватывать ее объем при поглощении воды и растворенных в ней веществ. Само разделение на скелетные и обрастающие корни довольно условно, так как и те и другие выполняют одинаковые функции.

Активные корни — наиболее мелкие, часто едва различимые невооруженным глазом. Их основное назначение — освоение новых объемов почвы, поглощение почвенного раствора, синтез органических веществ, а также выделение во внешнюю среду некоторых веществ, служащих пищей для микроорганизмов. Активные корни в свою очередь подразделяются на ростовые, всасывающие и переходные.

Корни плодовых растений (на примере яблони)

В зависимости от характера распространения корней в почве их делят на вертикальные и горизонтальные. Последние направлены почти параллельно поверхности почвы, а первые проникают глубоко в почву — это якорные корни.

Через корни в листья растения по проводящим сосудам корней, стебля (ствола) и ветвей из почвы поступают вода и растворенные в ней минеральные вещества. В листьях под влиянием солнечной энергии минеральные вещества перерабатываются в органические, которые затем передаются к точкам роста стеблей и корней.

Диаметр распространения корней больше, чем диаметр кроны, примерно в 1,5 раза. (Об этом надо помнить при обработке почвы, внесении удобрений, поливе и других агротехнических мероприятиях.) В зависимости от породы и сорта корни заглубляются в почву на разную глубину, в отдельных случаях до 2—4 м. Но главная масса корней, особенно в северных районах, располагается в слое почвы от 15—20 до 60—80 см.

Слабая морозоустойчивость корней — уязвимое место плодовых, если начало зимы бывает без снега. Для предотвращения повреждения корневой системы морозами из-за отсутствия снега осенью очень полезно приствольные круги плодовых деревьев мульчировать перегноем, торфом или навозом.

Рост корней, их поглотительная способность зависят от погодных и почвенных условий. Ведущая роль принадлежит свету, температуре, влажности и аэрации почвы. При солнечной погоде растения формируют более мощную, более развитую корневую систему, чем при пасмурной. Даже незначительное затенение отрицательно сказывается на развитии корней. В. А. Колесниковым установлено, что хороший рост корней отмечается при температуре почвы от 8 до 20 °С, слабый — при температуре от 0 до 7 °С и от 20 до 30 °С. При температуре ниже 0 и выше 30 °С рост корней плодово-ягодных культур практически прекращается.

В активно вегетирующем состоянии корни плодово-ягодных растений крайне неустойчивы к низким температурам и гибнут при температуре —2…—5 °С. После вхождения растений в период покоя и зимостойкое состояние их устойчивость к низким температурам повышается и они выдерживают до —10…—15 °С.

Как правило, температура на глубине 20 см в начале вегетации близка к температуре воздуха, а затем несколько выше ее. На глубине 45 см она до конца цветения ниже температуры воздуха, в период окончания линейного роста практически равна ей, в период уборки и начала листопада превышает ее. На глубине одного и тем более двух метров почва прогревается только к концу вегетации. (При отсутствии многолетней мерзлоты.) Рост корней не всегда идет в полном соответствии с изменением температуры, а протекает в виде волн ускорения и торможения. При повышении температуры корни иногда ускоряют свой рост в 15—20 раз. При последующей стабилизации температуры рост корней сначала резко замедляется, а затем возобновляется до уровня, соответствующего температуре почвы. Любое снижение температуры почвы резко тормозит рост корней, даже если она уменьшается до оптимальной.

На рост корней оказывает большое влияние влажность почвы и воздуха, ее плотность, аэрация, реакция почвенного раствора, содержание элементов минерального питания. Лучше всего корневые системы развиваются при влажности почвы в интервале от 65 до 85 % полной влагоемкости, при достаточной аэрации, рыхлой хорошо удобренной почве. Рост корней подавляется при избыточном увлажнении и повышенной кислотности.

Период покоя. Постепенное сокращение светового дня, уменьшение поступления солнечного света на поверхность земли сопровождается снижением дневных и ночных температур, вызывает определенные изменения в жизнедеятельности растений. Эти изменения связаны с торможением ростовых процессов, вызреванием тканей, формированием плодовых и ростовых почек, всех плодовых образований. Активность жизненных процессов у растений постепенно затухает, но наблюдается активизация роста корней (осенний максимум). Именно в этот период нужно сажать плодовые и ягодные растения.

Ко времени окончания плодоношения летних сортов яблони у растений наступает листопад. Интересно, что между моментом естественного отделения листа от ветви и степенью вызревания почек, которые образовались в пазухах листьев, имеется прямая связь. Как только заканчивается формирование почки и подготовка ее к зиме, так лист начинает желтеть и опадает. Дружный листопад характеризует нормальное прохождение у растений всех необходимых физиологических процессов, связанных с подготовкой растений к вхождению в зимний покой.

В результате вхождения растений в покой в них происходит полная перестройка в сторону приспособления к совершенно иным условиям жизни, чем в весенне-летне-осенний период вегетации.

Вызревшие побеги характеризуются законченным ростом, своеобразным блеском коры и упругостью, способностью при сгибании не ломаться.

В период послеростовой вегетации у плодовых и ягодных растений иногда бывает вторичный рост побегов, вторичное цветение, чаще у летних сортов яблони и вишни. Вторичный рост и вторичное цветение отрицательно влияют на зимостойкость растений.

У ростовых побегов осенью расцвечивание листьев и листопад заканчивается обычно позже, чем у плодовых образований — кольчаток, копьецов и букетных ветвей. Побеги, расположенные внутри кроны, быстрее сбрасывают листья, чем на периферии. У одного и того же побега основание оголяется раньше, чем его верхняя часть.

С листопада начинается вхождение растений в период покоя, переход в новое зимостойкое состояние. Сам переход в зимостойкое состояние — это активный физиологический процесс, в результате которого устойчивость растений меняется в соответствии с изменяющейся погодой, в частности с температурой.

Проблемы зимостойкости и морозоустойчивости растений были исследованы И. И. Тумановым. Установлено, что зимостойкость обусловлена особой организацией растительного организма, приспособленной к условиям жизни в зимних условиях при сильном обезвоживании и замедленном обмене веществ. При этом отдельные органы одного и того же растения имеют разную устойчивость к неблагоприятным условиям.

Рост и зимостойкость несовместимы и разделены во времени. Процесс закаливания растений, т. е. становления зимостойкого состояния, проходит ступенчато, в две фазы.

Первая фаза закаливания является переходным периодом от вегетирующего состояния к невегетирующему, от незимующего к зимующему. К процессам первой фазы, проходящим при низких положительных температурах, относятся остановка роста и накопление запасных веществ. После прохождения растениями первой фазы их зимостойкость повышается. Первой фазе предшествует процесс вхождения растений в состояние покоя под влиянием короткого дня. Низкие температуры не ускоряют вхождение растений в период покоя. Этот процесс усиливает способность растений к закаливанию, которая возникает у них только после достаточно продолжительной вегетации. Молодые растения и поздно развившиеся органы оказываются малочувствительными к изменению длины дня, они не могут накапливать защитные вещества. Способность накапливать сахара возникает у растений только в конце вегетации.

Вторая фаза состоит в перестройке всех процессов жизнедеятельности в качественно новое зимостойкое состояние. Она протекает при слабых и умеренных морозах и сопровождается потерей клетками воды вследствие образования льда. Процессы этой фазы как бы направлены на предотвращение разрушительного действия, образующегося при низких температурах льда. Низкая температура сама по себе не является причиной вымерзания растений.

Растения способны утрачивать вторую фазу закаливания в период оттепелей и проходят ее повторно при наступлении морозов при условии сохранения первой фазы.

По мере усиления морозов объем закаленных клеток сначала уменьшается из-за оттока воды в межклетники, а затем этот процесс делается незаметным. Обезвоживание клеток продолжается при зимних морозах, закаленные растения остаются живыми.

Кроме зимостойкости для растений свойственна устойчивость к зимнему иссушению, выпреванию и вымоканию, к повреждению в конце зимы от резких перепадов температуры от отрицательных ночью до высоких положительных днем.

Вхождение в состояние покоя связано со сложными физиолого-биохимическими процессами, идущими одновременно в двух направлениях:

• подготовка растительного организма к весеннему росту и развитию в следующем году;
• закаливание растений для выживания в суровых зимних условиях текущей зимы.

Максимальная устойчивость растений в состоянии покоя, как правило, соответствует периоду сильных морозов (январь, февраль), после чего степень устойчивости снижается. Зимостойкость растений не остается постоянной, она изменяется с изменением температуры и как бы следует за ней. Температура воздуха и солнечное сияние являются факторами, определяющими продолжительность периода покоя. Они изменяют температуру тканей растений, особенно с южной стороны. В среднем продолжительность периода покоя для средней полосы колеблется от 138 (малина) до 159 дней (яблоня).

После окончания периода глубокого покоя растения готовы к весеннему пробуждению. Но к моменту его окончания обычно стоят мартовские холода и рост растений еще невозможен. При перенесении растений в оранжерею они легко возобновляют рост. Но из-за низких для роста температур они сохраняют повышенную морозоустойчивость, свойственную для конца периода глубокого покоя, до набухания почек. Это период вынужденного покоя. Его продолжительность колеблется в зависимости от погодных условий. В среднем она варьирует от 23 (яблоня) до 49 дней (малина).

Выход растений из вынужденного покоя определяется погодными условиями весны. У всех плодово-ягодных культур он заканчивается при температуре 3—4 °С и лишь у смородины и жимолости съедобной при температуре 2,5 °С.

В Сибири под Иркутском плодово-ягодные растения, по нашим наблюдениям, в значительной мере повреждаются и гибнут ранней весной. Именно в этот период при сильной солнечной инсоляции в дневные часы температура поднимается до положительной, а ночью опускается до отрицательной. Разница температур между южной стороной ствола дерева и северной в послеполуденные часы достигает 10—15°С и более.

Следует остановиться на роли запасных органических веществ, накапливаемых растениями в летне-осенний период.

Чем больше таких веществ накапливают растения, тем выше их потенциальная зимостойкость. Можно считать установленным, что своевременное накопление запасных органических веществ является одним из главнейших и определяющих условий хорошей перезимовки.

Жизненные процессы в зимний период носят защитный характер и в отсутствии фотосинтеза идут за счет траты запасных веществ. Вот почему зимующие растения должны накопить определенное количество запасных веществ, чтобы поддерживать за их счет жизненные процессы во всех живых клетках и тканях.

В заключение следует остановиться еще на одном важном вопросе — времени возможного повреждения. В период покоя повреждения могут быть в любом из трех случаев: в начале или первой половине зимы, в середине зимы или в конце зимы — начале весны.

В начале или первой половине зимы, если почва не покрыта снегом, повреждаются корни. Например, корни яблони подмерзают уже при температуре —10…—15 °С, а корни яблони на карликовых подвоях — даже при —8…—10 °С.

В это время могут подмерзнуть также древесина и кора в развилках сучьев и у основания штамба. Последнее объясняется тем, что ткани здесь позднее заканчивают подготовку к периоду покоя по сравнению с тканями сучьев. Начало зимы часто бывает опасным периодом, особенно после холодного лета, в течение которого древесина и кора не успевают вызреть, а следовательно, вовремя войти в период покоя.

В середине зимы в первую очередь вымерзает сердцевина, древесные лучи, особенно на концах побегов. Более устойчив камбий, несколько меньше кора. Менее устойчивы к морозам цветковые почки по сравнению с вегетативными и плодовые и обрастающие ветви по сравнению со скелетными. Зимние повреждения наиболее распространены.

В конце зимы — в начале весны меристематические ткани выходят из состояния покоя, утрачивают закалку, теряют стойкость к холодам и легко повреждаются морозами. Именно камбий, кора (солнечные ожоги) и цветковые почки больше всего страдают от позднезимних и ранневесенних резких смен температур между днем и ночью. У цветковых почек в это время наиболее страдают рыльца и завязи. Вот почему цветковые почки могут нормально распускаться, но не способны завязать плоды.

На повреждения оказывает влияние, как было отмечено, количество запасных питательных веществ. Обильно плодоносящие растения, как правило, имеют их меньше, чем неплодоносящие. Поэтому дерево яблони морозостойкого сорта после обильного плодоношения может быть повреждено морозами сильнее, чем дерево менее морозостойкое, но неплодоносящее. Периодически плодоносящие растения менее морозостойки, чем плодоносящие регулярно.

Как изменение климата повлияет на растения

Климат, экология

Как изменение климата повлияет на растения

Фото: DM

Нам, людям, нужны растения для выживания. Все, что мы едим, состоит из растений или животных, которые зависят от растений где-то в пищевой цепочке. Растения также составляют основу природных экосистем и поглощают около 30 процентов всего углекислого газа, выделяемого человеком каждый год. Но по мере того, как последствия изменения климата ухудшаются, как более высокие уровни CO2 в атмосфере и более высокие температуры влияют на растительный мир?

CO2 повышает продуктивность растений

Растения используют солнечный свет, углекислый газ из атмосферы и воду для фотосинтеза, чтобы производить кислород и углеводы, которые растения используют для получения энергии и роста.

Повышение уровня CO2 в атмосфере приводит к увеличению фотосинтеза растений — эффект, известный как эффект углеродного удобрения. Новое исследование показало, что в период с 1982 по 2020 год глобальный фотосинтез растений вырос на 12 процентов, а уровень CO2 в атмосфере вырос на 17 процентов. Подавляющее большинство этого увеличения фотосинтеза было связано с оплодотворением углекислым газом.

Увеличение фотосинтеза приводит к более быстрому росту некоторых растений. Ученые обнаружили , что в ответ на повышенный уровень CO2 рост надземных растений увеличился в среднем на 21 процент, а подземный рост увеличился на 28 процентов. В результате ожидается, что некоторые культуры, такие как пшеница, рис и соя, выиграют от увеличения выбросов CO2 с увеличением урожайности с 12 до 14 процентов. Рост некоторых тропических и субтропических трав и некоторых важных сельскохозяйственных культур, включая кукурузу, сахарный тростник, сорго и просо, однако, не так подвержен влиянию повышенного содержания CO2.

Устьица пихтовой хвои, пропускающие CO2 и выходящие водяные пары. Фото: Университет штата Орегон

При повышенных концентрациях CO2 растения используют меньше воды во время фотосинтеза. У растений есть отверстия, называемые устьицами, которые позволяют поглощать CO2 и выделять влагу в атмосферу. Когда уровень CO2 повышается, растения могут поддерживать высокую скорость фотосинтеза и частично закрывать свои устьица, что может снизить потерю воды растением на 5–20 процентов. Ученые предположили, что это может привести к тому, что растения будут выделять меньше воды в атмосферу, тем самым удерживая больше воды на суше, в почве и ручьях.

Но учитываются и другие факторы

Повышенный уровень CO2 в результате изменения климата может позволить растениям извлечь выгоду из эффекта углеродного удобрения и использовать меньше воды для роста, но это не все хорошие новости для растений. Это сложнее, потому что изменение климата также влияет на другие факторы, имеющие решающее значение для роста растений, такие как питательные вещества, температура и вода.

Ограничения азота

Исследователи, изучавшие сотни видов растений в период между 1980 и 2017 обнаружили, что в большинстве неудобряемых наземных экосистем возникает дефицит питательных веществ, особенно азота. Они объяснили это уменьшение питательных веществ глобальными изменениями, включая повышение температуры и уровня CO2.

Азот — самый распространенный элемент на Земле, составляющий около 80 процентов атмосферы. Это важный элемент ДНК и РНК, необходимый растениям для производства углеводов и белков для роста. Однако растения не могут использовать газообразный азот, содержащийся в атмосфере, потому что в нем есть два атома азота, тройно связанные друг с другом настолько прочно, что их трудно разделить в форму, которую могут использовать растения. У молнии достаточно энергии, чтобы разорвать тройную связь — процесс, называемый фиксацией азота. Азот также фиксируется в промышленном процессе производства удобрений.

Азотфиксирующие узелки. Фото: Foxy Tigre

Но большая часть фиксации азота происходит в почве, где определенные виды бактерий прикрепляются к корням растений, таких как бобовые. Бактерии получают углерод от растения и в процессе симбиотического обмена фиксируют азот, объединяя его с кислородом или водородом в соединения, которые растения могут использовать.

Кевин Гриффин, профессор кафедры экологии, эволюции и биологии окружающей среды Колумбийского университета и Земной обсерватории Ламонта-Доэрти, объяснил, что у большинства живых существ относительно фиксированное соотношение между углеродом и азотом. Это означает, что если растения поглощают больше CO2 для создания углеводов, потому что в атмосфере больше CO2, количество азота в листьях может быть разбавлено, а продуктивность растения зависит от наличия достаточного количества азота. «Если вы увеличиваете концентрацию CO2 вокруг листа, вокруг растения или вокруг участка леса, обычно производительность повышается», — сказал он. «Но будет ли это увеличение продуктивности продолжительным и постоянным, может зависеть от того, достаточно ли у вас азота. Поэтому, если азот ограничен, может случиться так, что растение просто не сможет использовать этот дополнительный CO2, и его повышение производительности может быть недолгим».

В настоящее время деревья поглощают около трети антропогенных выбросов CO2, но их способность продолжать это делать зависит от того, сколько азота им доступно. Если азот ограничен, выгода от повышенного содержания CO2 также будет ограничена.

Более ранние исследования фиксации азота, основанные на измерениях свободноживущих бактерий, показали, что процесс фиксации происходит быстрее всего при 25°C, и что при повышении температуры выше 25°C скорость фиксации снижается. В условиях потепления это означало бы безудержный сценарий, при котором фиксация азота уменьшалась бы по мере повышения температуры, что приводило к снижению продуктивности растений. Тогда растения будут удалять меньше CO2 из атмосферы, что вызовет дальнейшее потепление и меньшую фиксацию азота, и так далее. В новой статье Гриффин описывает, как он и его коллеги разработали прибор, который позволил им измерить температурную реакцию азота на бактерии, которые сформировали ассоциацию с корнями растений, в отличие от свободноживущих бактерий.

«С помощью нашего нового прибора, изучающего симбиоз целых растений в деревьях умеренного и тропического поясов, мы обнаружили, что оптимальная температура для фиксации азота на самом деле была примерно на 5°C выше, чем любая из этих предыдущих оценок, а в некоторых случаях на целых на 11°С выше. Это нужно проверить на огромном количестве растений, но если это так, это означает, что вероятность снижения фиксации азота намного ниже, чем мы думали, а это означает, что растения могут оставаться более продуктивными и предотвращать сценарий разгона».

Повышение температуры

Работа Гриффина также показала, что температурная реакция фиксации азота не зависит от температурной реакции фотосинтеза, в котором участвуют ферменты, вырабатываемые азотом. Более высокие температуры могут сделать эти ферменты менее эффективными. Рубиско — это ключевой фермент, который помогает превращать углекислый газ в углеводы в процессе фотосинтеза, но по мере повышения температуры он «расслабляется», и форма его кармана, в котором содержится СО2, становится менее точной. Следовательно, в одной пятой части времени фермент фиксирует кислород вместо углекислого газа, снижая эффективность фотосинтеза и растрачивая ресурсы растения. При еще большем повышении температуры Рубиско может полностью дезактивироваться. Поскольку растения реагируют на азотные удобрения, увеличивая количество Rubisco, которое они имеют, и растут больше, обнаружение того, что фиксация азота может поддерживаться при более высоких температурах, чем считалось ранее, дает возможность компенсировать снижение эффективности Rubisco при более высоких температурах.

Повышение температуры также приводит к тому, что вегетационный период становится длиннее и теплее. Поскольку растения будут расти больше и дольше, они фактически будут использовать больше воды, компенсируя преимущества частичного закрытия устьиц. Вопреки тому, во что верили ученые в прошлом, результатом станет более сухая почва и меньший сток, необходимый для ручьев и рек. Это также может привести к большему локальному потеплению, поскольку эвапотранспирация, когда растения выделяют влагу в воздух, делает воздух более прохладным. Кроме того, когда почвы сухие, растения испытывают стресс и не поглощают столько CO2, что может ограничивать фотосинтез. Ученые обнаружили, что даже если растения поглощали избыток углерода для фотосинтеза в течение влажного года, это количество не могло компенсировать уменьшенное количество CO2, поглощенного в течение предыдущего засушливого года.

Червь осенней армии является хроническим вредителем на юго-востоке США. Фото: Канадский информационный центр по биоразнообразию

Более теплые зимы и более длительный вегетационный период также помогают вредителям, патогенам и инвазивным видам, наносящим вред растительности. В течение более продолжительных вегетационных периодов может воспроизводиться больше поколений вредителей, поскольку более высокие температуры ускоряют жизненные циклы насекомых, а в теплые зимы выживает больше вредителей и патогенов. Повышение температуры также заставляет некоторых насекомых вторгаться на новые территории, иногда с разрушительными последствиями для местных растений.

Более высокие температуры и увеличение влажности также делают сельскохозяйственные культуры более уязвимыми. Сорняки, многие из которых размножаются в условиях жары и повышенного содержания CO2, уже вызывают около 34% потерь урожая; насекомые вызывают 18 процентов потерь, а болезни — 16 процентов. Изменение климата, вероятно, увеличит эти потери.

Многие культуры начинают испытывать стресс при температуре выше 32°-35°C, хотя это зависит от типа культуры и наличия воды. Модели показывают, что каждый дополнительный градус тепла может привести к снижению урожайности некоторых важных культур, таких как кукуруза и соя, на 3-7 процентов.

Посевы сои могут пострадать от повышения температуры. Фото: Бесшумный Джефф

Кроме того, повышение температуры ускоряет жизненный цикл растения, так что по мере того, как растение созревает быстрее, у него остается меньше времени для фотосинтеза, и, следовательно, оно производит меньше зерен и меньшую урожайность.

Растения также реагируют на повышение температуры. Виды, приспособленные к определенным климатическим условиям, постепенно перемещаются на север или в более высокогорья, где прохладнее. За последние несколько десятилетий многие североамериканские заводы перемещались примерно на 36 футов в более высокие места или на 10,5 миль в более высокие широты каждые 10 лет. Линия арктических деревьев также ежегодно перемещается на 131–164 фута к северу к полюсу. Новая среда может быть менее гостеприимной для видов, переселяющихся в нее, поскольку может быть меньше места или больше конкуренции за ресурсы. Некоторым видам может некуда двигаться, и, в конечном итоге, одни виды пострадают от изменений, а другие выиграют.

Экстремальная погода

Изменение климата приведет к более частым и суровым экстремальным погодным явлениям, включая экстремальные осадки, волнение ветра, периоды сильной жары и засуху. Экстремальные осадки могут нарушить рост растений, особенно в недавно сгоревших лесах, и сделать растения более уязвимыми к наводнениям, а почвы — к эрозии. Более частые сильные ветры могут нанести ущерб древостоям.

Ожидается также, что изменение климата вызовет более комбинированные волны тепла и засухи, что, вероятно, сведет на нет любые выгоды от эффекта углеродных удобрений. Хотя урожайность сельскохозяйственных культур часто снижается в жаркие вегетационные периоды, сочетание жары и засухи может привести к падению урожайности кукурузы на 20 процентов в некоторых частях США и на 40 процентов в Восточной Европе и Юго-Восточной Африке. Кроме того, сочетание тепла и нехватки воды может снизить урожайность в таких местах, как север США, Канада и Украина, где, по прогнозам, урожайность возрастет из-за более высоких температур.

Другие эффекты повышенного содержания CO2

Хотя урожайность некоторых сельскохозяйственных культур может увеличиться, повышение уровня CO2 влияет на уровень важных питательных веществ в сельскохозяйственных культурах. Согласно одному исследованию, при повышенном уровне CO2 концентрация белка в зернах пшеницы, риса и ячменя, а также в клубнях картофеля снизилась на 10–15 процентов. Посевы также теряют важные минералы, включая кальций, магний, фосфор, железо и цинк. Исследование сортов риса, проведенное в 2018 году, показало, что, хотя повышенные концентрации CO2 повышают уровень витамина Е, они приводят к снижению содержания витаминов B1, B2, B5 и B9..

Почвы могут хранить меньше углерода, поскольку растения получают больше питательных веществ из земли. Фото: CupcakePerson13

И, как это ни парадоксально, ускорение роста растений за счет CO2 может привести к уменьшению накопления углерода в почве. Недавние исследования показали, что растения должны получать больше питательных веществ из почвы, чтобы не отставать от дополнительного роста, вызванного углеродными удобрениями. Это стимулирует микробную активность, которая в конечном итоге приводит к выбросу CO2 в атмосферу, который в противном случае мог бы остаться в почве. Полученные результаты бросают вызов давнему убеждению, что по мере роста растений из-за увеличения содержания CO2 дополнительная биомасса будет превращаться в органическое вещество, а почвы могут увеличивать запасы углерода.

Растениям грозит неопределенное будущее

Многие исследования реакции растений на изменение климата, по-видимому, предполагают, что большинство растений в будущем будут подвергаться большему стрессу и будут менее продуктивными. Но все еще остается много неизвестного о том, как сложные взаимодействия между физиологией и поведением растений, доступностью и использованием ресурсов, сменой растительных сообществ и другими факторами повлияют на общую жизнь растений перед лицом изменения климата.

---

Теги:

изменение климатаэкологияКевин ГриффинОбсерватория Земли Ламонт-Доэртиазотфиксациярастения

Как слишком много дождя влияет на ваш сад

Как слишком много дождя влияет на ваш сад

Магазин не будет работать корректно в случае, если куки отключены.

Похоже, в вашем браузере отключен JavaScript. Для максимально удобного использования нашего сайта обязательно включите Javascript в своем браузере.

Перейти к меню содержания

Поиск

Поиск

Учетная запись

Статьи

Экстремальные погодные условия могут нанести ущерб вашим цветочным и овощным садам. В этой статье рассматривается, как чрезмерная влажность и другие крайности влияют на растения и что вы можете с этим поделать.

Перейти в конец галереи изображений

Фото: Стив Уильямс

Перейти в начало галереи изображений

Осадки

Осадки, проявляющиеся в виде дождя, ледяного дождя, мокрого снега или ледяной крупы, снегопада и града, являются экологическим фактором, влияющим на рост растений. Вода необходима для всей жизни и необходима для здорового развития растений. Вода входит в стебель растения и поднимается к его листьям, где происходит фотосинтез. Фотосинтез — это процесс, при котором растения производят пищу в виде сахара. Без воды клетки растений повреждаются, и растения перестают расти, так как лишаются питательных веществ. Однако слишком много воды повреждает растения, уплотняет почву и приводит к эрозии. Потеря корней происходит, когда избыток воды снижает содержание кислорода в почве. Растение не может расти без здоровых корней. Сильные летние дожди могут вымывать азот из почвы; азот необходим для фотосинтеза. Снег обеспечивает влажность и защищает растения от колебаний температуры, но сильный снег может нанести вред деревьям, когда его вес ломает ветви. Лед, град и противогололедные соли повреждают растения. В качестве побочного эффекта противогололедные соли потенциально могут привести к загрязнению ливневых вод.

Температура

Температура воздуха влияет на все процессы роста растений, включая фотосинтез, дыхание, транспирацию, нарушение покоя семян и прорастание семян. Высокая температура обычно вызывает раннее созревание растений, но экстремальная жара замедляет рост. Жаркая погода приведет к тому, что ваши овощи холодного сезона, такие как салат, побегут. Чрезмерно низкая температура влияет на развитие растений, что приводит к тому, что некоторые растения впадают в спячку, чтобы противостоять холоду. После периода покоя им может потребоваться период охлаждения, прежде чем весной они возобновят рост. Сильные колебания температуры могут нанести вред растениям, особенно зимой. При попеременном замерзании и оттаивании почвы мелкокорневые растения могут вздыматься. Слишком высокая или слишком низкая температура может препятствовать завязыванию плодов на помидорах и других овощах и влиять на их вкус. Большинство садоводов видели ущерб, причиненный неожиданным морозом. Косвенным следствием теплой зимы может быть увеличение количества насекомых весной.

Влажность

Влажность – это водяной пар в воздухе, не обязательно вызванный осадками. Когда уровень относительной влажности слишком высок или отсутствует циркуляция воздуха, растение не может испарять воду или извлекать питательные вещества из почвы. Одним из последствий является грибковое заболевание, такое как мучнистая роса.

Ветер

Ветер является важным помощником в процессе опыления некоторых растений и трав. Однако он также может рассеивать патогены и вредные химические вещества. Ветер высушивает влажные растения, предотвращая болезни типа милдью. Однако существует проблема, если растение не может заменить воду достаточно быстро. Например, когда листья или хвоя вечнозеленых растений засыхают зимой и они не могут восстановить потерянную воду, потому что земля промерзла. Сильный ветер может повалить деревья и другие растения.

Солнечный свет

Свет является климатическим фактором, который также влияет на рост и развитие растений. Он необходим для фотосинтеза и других важных процессов растений. Летние дни с обильными дождевыми облаками, которые блокируют солнечный свет, мешают растениям получать пищу, необходимую им для роста, размножения и выживания.

Как свести к минимуму вредное воздействие погоды

• Выберите местные растения. Местные растения часто чувствуют себя лучше, поскольку они адаптируются к местным условиям.
• Выбирайте растения, более устойчивые к грибковым заболеваниям и вредителям. Эта информация будет на этикетке.
• Выбирайте разнообразные растения в качестве защиты от новых насекомых-вредителей, которые появляются, когда их ареалы расширяются.
• Обеспечьте свободное пространство вокруг растений, чтобы обеспечить хорошую циркуляцию воздуха.
• Убедитесь, что растения, которые вы покупаете, подходят для вашей зоны устойчивости USDA.
• Поддерживайте здоровье своих растений, от правильной посадки до полива и подкормки, чтобы помочь им справиться со стрессом.
• Делайте мудрый выбор при покупке деревьев и кустарников. Не выбирайте деревья с присущей им слабой древесиной или поверхностными корнями, такие как ивы ( Salix spp.) Ивы — это быстрорастущие деревья со слабой древесиной, очень восприимчивые к повреждениям во время бури. Они теряют ветки или даже опрокидываются под воздействием ветра, льда или снега.
• Поливайте вечнозеленые растения задолго до того, как земля замерзнет. Нанесите антитранспирант на вечнозеленые кустарники и небольшие деревья, чтобы предотвратить зимние травмы из-за потери воды.
• Оберните молодые деревья, чтобы защитить их от колебаний температуры.
• Мульчируйте грядки с многолетними растениями, чтобы защитить их от резких перепадов температур. Мульча может снизить летнюю температуру на 20°F. Добавьте слой измельченной коры или древесной стружки. После Рождества я использую ветки своей рождественской елки в качестве мульчи.
• Накройте растения тканью для защиты, когда прогнозируются заморозки.
• Создайте несколько приподнятых грядок. Я считаю, что приподнятые грядки обеспечивают лучший дренаж, чем обычные грядки во время сильных ливней.
• Улучшите почву органическим материалом, чтобы улучшить дренаж.
• Не сбрасывайте снег, содержащий противогололедные соли, на растения.