Испарение воды растением

Вот уже скоро год, что мысли русского человека невольно снова и снова возвращаются к страшному бедствию, лишившему значительную часть населения насущного хлеба.

Естественно, что и мысль натуралиста обращается к тому явлению, которое было ближайшей физическою причиной этого бедствия.

Где же исходная точка этого грозного явления?

По-видимому, главною причиной засухи были иссушающие ветры, «суховеи», вызвавшие усиленное испарение воды растениями.

Едва ли какие рассуждения могут красноречивее этого рокового опыта убедить в том, как тесно связано благоденствие русского человека с существованием растения.

Живётся хорошо растению — хорошо живется и человеку; гибнет растение — неминуемое бедствие грозит и человеку.

А, от этой мысли недалеко и до вопроса: всё ли делаем, чтобы удовлетворить потребностям, даже только чтобы узнать потребности этого общего кормильца — растения?

В настоящую минуту, когда всеобщее внимание сосредоточено на изыскании мер борьбы с засухой, я полагаю, не бесполезно ознакомиться с теми мерами, которые применяет само растение в борьбе с этим злом, постоянно грозящим его существованию.

Во избежание недоразумений, считаю необходимым, с первых слов, оговориться, что не имею в запасе каких-либо прямых практических советов, которые так обильно сыплются со всех сторон.

Дело людей, стоящих лицом к лицу с грозным бедствием, оценить, в чём и насколько человек может с пользой подражать природе; ботаник может только снабдить их необходимым материалом для более глубокого понимания явления.

Для чего растению вода?

Прежде всего поставим ребром вопрос: для чего нуждается растение в воде?

С первого взгляда вопрос этот может показаться праздным.

Во-первых, вода входит в химический состав вещества растения; во-вторых, никакие химические взаимодействия и процессы, которые совершаются в растении, не могут проявляться иначе, как в водой среде.

Да и ежедневный опыт подтверждает, что в сухом семени жизнь таится, дремлет, пробуждаясь только, при его разбухании.

К этим общеизвестным фактам физиология ещё добавляет, что вода же определяет и механизм роста.

Рост, всё равно — целого растения или его отдельных клеточек — сводится, в конечном результате, к поглощению воды.

Отнимая известным образом воду, ботаники умеют вызывать явления, обратные росту, заставляют растение, так сказать, попятиться назад, сократиться.

Таким образом, и химизм и механизм растительной жизни тесно связаны с наличностью воды.

С другой же стороны, если бы дело ограничивалось только этой потребностью, растение едва ли когда-либо страдало от недостатка воды и нам едва ли когда-нибудь приходилось бы слышать о засухах.

Но, рядом с этой организационною водой, которую растение задерживает на свои существенные потребности, оно ещё предъявляет требования на гораздо более значительные количества воды, которые, получая с одного конца, расходует с другого: поглощая корнями, испаряет листьями.

Вот эта-то расхожая вода, только проходящая через растение, и составляет источник всех бед для растения и стоящего, в зависимости от него, человека.

Естественно возникает вопрос: нуждается ли, строго говоря, растение в этой воде, которую оно тут же отдает воздуху?

Это явление — испарение воды — представляет ли оно необходимое физиологическое жизненное отправление, или только неизбежное физическое зло, бороться с которым приходится растению и человеку?

Ответить на этот вопрос уже далеко не так легко.

Сколько растение испаряет воды?

Прежде всего, посмотрим, как узнаём мы, что растение испаряет воду, и как измеряем количество этой испаряемой воды.

В том, что растение испаряет воду, мы убеждаемся, конечно, из необходимости поливки, для предотвращения увядания, причём, очевидно, что количество употребляемой для поливки воды значительно превышает объём растения.

Но, для того, чтобы узнать в точности, сколько испаряет растение, необходимо поступать так, чтобы устранить испарение с поверхности почвы (и стенок горшка, если берём отдельное растение).

Известный английский учёный Стивен Гельз разрешил эту задачу ещё в начале восемнадцатого века.

Тут Тимирязев детально описывает прибор Гельза и технику его опыта, что для нас — не так важно.

…Получив понятие о самом совершенном и простом способе измерения этого явления, посмотрим, как велик этот расход воды за весь жизненный период однолетнего растения.

Таких определений произведено очень много; одни из наиболее надежных принадлежат Вольни. Приводим цифры для четырёх растений за полный вегетационный период:

Следовательно, гектар кукурузы испаряет за вегетационный период в круглых цифрах 3 000 тонн воды.

Но, эти цифры приобретают более определённый смысл, если сравнить их, с одной стороны, с урожаем, а с другой — с количеством дождя, получаемым, за тот же промежуток времени, растением.

По самым многочисленным и обстоятельным исследованиям Гельригеля можно считать, что на каждую единицу сухого вещества, образуемого нашими злаками, растение испаряет 300 единиц воды.

Это количество испаряемой воды — громадно, в сравнении с тем, которое мы назвали водой организационной.

Сочные травянистые части растения содержат до 20% сухого вещества, следовательно, для поддержания растения в нормальном состоянии достаточно на 1 часть сухого вещества доставить ему 4 части воды. Испарит же оно за всю жизнь — 300 частей.

Принимая во внимание обыкновенное содержание воды в зерне и соломе и обыкновенное отношение между урожаем зерна и соломы (1: 2-1: 2, 5), мы можем сказать, что, на каждую единицу веса зерна, наши злаки испаряют 1 000 единиц воды, т.е., для получения 1 кг зерна мы должны доставить растению 1 000 кг воды.

Посмотрим теперь, как велик этот расход воды, в сравнении с количеством воды, получаемым за то же время, в виде дождя.

Гельригель вычисляет, что количество воды, испаряемой ячменем (рожь и пшеница дают близкие цифры) за весь период вегетации, покрыло бы поле слоем воды в 102 мм.

Среднее же количество воды, выпадающее за этот промежуток времени в этой местности (северная Пруссия) — 152 мм; но бывали годы, когда оно падало до 77 мм.

По наблюдениям Рислера, количество воды, испаряемое пшеницей на его полях, близ Женевского озера, равнялось, приблизительно, 2, 7 мм в день, а среднее количество дождя, за четыре летние месяца, равнялось 2 мм в день.

Таким образом, количество воды, выпадающее в виде дождя, — или очень близко к количеству, испаряющемуся чрез растение, или может быть даже менее его.

В последнем случае, недостаток, очевидно, пополняется из запаса воды в почве, а когда количество дождя падает значительно ниже обыкновенного, обнаруживается засуха.

Мы видим, следовательно, как ограничено доступное растению количество воды, и как легко могут отражаться на проявлениях растительной жизни колебания в количестве атмосферных осадков.

Собственно говоря, даже поверхностный взгляд на наши культурные растения ясно в том убеждает.

Если в начале лета наши взоры тешит мягкая изумрудная зелень полей, а заострённые пожелтевшие былинки вселяют тревогу и отчаяние, то в исходе лета, глаз ищет золотого моря колосьев и с опасением встретил бы на их месте сочную зелёную листву.

То, что за несколько недель представилось бы неожиданным бедствием, является теперь входящим в наши расчёты, естественным условием успешной жатвы.

Таким образом, очевидно, что желательный для человека ход растительного процесса нуждается в определённом изменении влажности.

Тимирязев, вместе с классиками почвоведения, не берёт в расчёт, что природная почва может постоянно снабжать себя водой, независимо от погоды.

От чего зависит сила испарения

От каких же условий зависит испарение воды растением?

Ответ на этот вопрос, казалось бы, очень прост: от тех же условий, от которых зависит вообще испарение воды.

Но, к сожалению, такой простой ответ не нравится некоторым ботаникам.

Не раз пытались они доказывать, что этот процесс — жизненный, и не подчиняется обыкновенным физическим законам, и настолько преуспели в этом, что мне недавно пришлось слышать от известного метеоролога вопрос: «Да что же такое, наконец, это ваше испарение — физический или физиологический процесс?»

Спрашивается: можем ли объяснить испарение физическими причинами, или не можем?

Рассмотрим последовательно, от каких условий оно зависит.

(1) Прежде всего, понятно, от степени влажности воздуха. Чем меньше влажность воздуха, тем сильнее будет испарение; напротив, в воздухе, насыщенном паром, испарение прекратится вовсе.

Но, если насыщенный парами воздух будет постоянно устраняться от испаряющей поверхности растения, то испарение должно ускориться.

(2) Другими словами, ветер должен, в значительной степени, ускорять испарение. Если б могло, в этом отношении, возникнуть сомнение, то оно вполне устраняется обстоятельными опытами венского профессора Визнера.

Он или приводил в движение исследуемые части растения на вращающемся приборе и определял путь, описываемый испаряющим органом, или дул на испаряющий орган из мехов и определял скорость ветра.

Даже при скорости 3 м в секунду, которую метеорологи обозначают выражением «слабого» ветра, испарение возрастало в 2-3 раза, иногда в 20 раз.

Понятно, какое влияние должны оказать более сильные и сухие ветры, те роковые «суховеи», которым приписывают выдающуюся роль в прошлогодней засухе.

При этих опытах Визнера, обнаружился крайне любопытный факт: некоторые растения, под влиянием ветра, испаряли менее воды, чем в спокойном воздухе.

Но этот опыт, в конечном анализе, получил, как мы увидим далее, удовлетворительное физическое объяснение.

(3) Испарение возрастает и с температурой; это подтверждается многочисленными опытами, да в этом едва ли кто и сомневался.

Растение более всего нагревается солнцем; отсюда вполне понятна зависимость испарения от солнечного нагревания.

(4)…Опыты показали, что испарение зависит от цвета органа и тех лучей, которые на него падают.

Итальянский ученый Комез доказал это весьма наглядным опытом. Жёлтые цветы испаряют более под синим колпаком, чем под жёлтым; синие цветы — наоборот.

Это — понятно: жёлтые тела поглощают синие лучи и в них нагреваются, и пропускают почти без поглощения жёлтые лучи, следовательно, и не нагреваются ими.

Вот, в каком смысле, должны мы понимать зависимость испарения от цвета.

Существует и другое влияние света на испарение — его влияние на устьица; о нём мы упомянем в своём месте.

Итак, мы видим, что, вопреки нередко высказываемым мнениям, испарение воды растением вполне подчиняется физическим законам и что главнейшими внешними факторами тут нужно признать влажность атмосферы, ветер и нагревание солнцем.