Temperatura w strefie korzeni i zdrowie rośliny

Transkrypt

1 Temperatura w strefie korzeni i zdrowie rośliny Istnieje wiele aspektów uprawy roślin decydujących o powodzeniu twojej pracy. Jednym z nich, najczęściej ignorowanym, jest temperatura strefy korzeni. W końcu korzenie są poza zasięgiem wzroku, a zresztą co mógłbyś zdziałać w kwestii ich temperatury? Moje rośliny na pewno będą miały się dobrze, jeśli zapewnię im tę samą temperaturę. Prawda? Nie, nieprawda, a zaraz wyjaśnię dlaczego. Autor: Geary Coogler, BSc Horticulture Problem temperatury Przede wszystkim chciałbym zwrócić uwagę, że istnieją dwie główne części rośliny, korzenie i pęd, które krzyżują się w miejscu zwanym merystemem. Chociaż powstały z podobnego materiału, mają podobny skład i strukturę genetyczną, funkcja korzeni jest w zasadzie odwrotna do funkcji pozostałej części rośliny. Merystem służy jako centrala, umożliwiająca przejście z jednej funkcji do drugiej. Podstawowe zasady chemiczne są jednak uniwersalne, i choć w tym artykule skupiamy się na strefie korzeni, dotyczy on również pozostałych dwóch części rośliny. Podstawowym zadaniem systemu korzeniowego jest pobieranie z gleby otaczającej korzenie wody i pierwiastków chemicznych, niezbędnych dla życia rośliny. Do pozostałych funkcji korzeni należą przytwierdzenie rośliny do podłoża, podparcie i magazynowanie w przypadku niektórych roślin te aspekty mogą być ważniejsze, niż pobieranie wody i substancji odżywczych. Korzenie czerpią wodę i sole mineralne, wykorzystując podstawowy proces osmozy: z powodu różnicy w stężeniu jonów woda wpływa przez membranę do komórek rośliny. Jednocześnie większość pierwiastków jest pobierana przez roślinę czynnie, co wymaga użycia energii. Część rośliny znajdująca się nad glebą nazywana jest pędem i umożliwia regulację temperatury w roślinie poprzez transpirację. Dlatego zakres temperatury w pędzie jest większy i może ulegać szybszym zmianom. Część rośliny znajdująca się w glebie nazywana jest strefą korzeni i nie jest w stanie regulować temperatury. Przez to jej zakres temperatury jest mniejszy, a korzenie muszą być chłodniejsze.

2 Systemy ochronne korzeni Korzenie muszą chronić się również przed nadmiarem pewnych substancji i utratą substancji uprzednio pobranych. Aby sprostać temu zadaniu, wykształciły one systemy ochronne i blokady. Oczywiście korzenie nie służą do pobierania energii słonecznej. Ale tak naprawdę spożywają dużą część energii pozyskiwanej przez roślinę. Tę energię wykorzystują do respiracji procesu pobierania tlenu (O2), używanego następnie do przetworzenia węglowodanów (uzyskanych w procesie fotosyntezy, odbywającym się w górnej części rośliny) na energię stosowaną w procesach rośliny. Korzenie nie potrzebują dwutlenku węgla (CO2). Podczas respiracji oddawane jest ciepło. Aby zaszedł ten proces, niezbędna jest bardzo niska temperatura; do reakcja nie dojdzie, jeśli temperatura będzie zbyt wysoka. Jeśli jednak tak się stanie, korzenie będą pobierały wodę, ale zatrzymają ją, a proces transpiracji (doprowadzający wodę do całej rośliny i chłodzący ją) zostanie zaburzony. Zamiast tego korzenie przekażą nadmiar ciepła uzyskanego w procesie respiracji (ciepło utajone) do otaczającego je podłoża. W gęstych podłożach, takich jak gleba, piasek czy nawet woda zmiany temperatury zachodzą powoli, co oznacza, że w normalnych warunkach dobowe wahania temperatury są minimalne. Energia i węglowodany Podstawowym zadaniem górnej części rośliny jest produkcja energii z wykorzystaniem słońca i tworzenie owoców, służących do przekazywania genów. W tym procesie roślina produkuje energię w formie związków chemicznych o kompleksowej budowie, zwanych węglowodanami. Niektóre z węglowodanów są przekazywane do korzeni, umożliwiając ich funkcjonowanie i wzrost oraz dostarczanie roślinie wody i składników odżywczych. Budowa tkanek pozwala na bardzo szybkie przemieszczanie się wody i pierwiastków do każdej z komórek rośliny. Złożone systemy, takie jak transpiracja proste w swoim założeniu, ale niezwykle skomplikowane w wykonaniu ewoluowały do transportowania w górę surowców i gotowych produktów, wzmacniania krawędzi tkanki, umożliwiania pobierania energii słonecznej i przetwarzania substancji prostych w złożone cząsteczki organiczne. Reakcje chemiczne towarzyszące metabolizmowi i funkcjonowaniu rośliny są takie same w obu jej częściach pod ziemią i nad nią. Gdy zapalamy światła, rośnie temperatura powietrza, a w rezultacie nagrzewa się również gleba. Potrzeba trochę czasu, zanim gleba się ociepli (analogicznie po wyłączeniu świateł stygnie ona powoli). Nie tylko powietrze wpływa na temperaturę gleby. Materiał, głębokość (objętość) i poziom wilgotności również oddziałują na zdolność wody do oddawania i przyjmowania ciepła.

3 Reakcje chemiczne Występują też inne reakcje, właściwe dla przetwarzania energii świetlnej na chemiczną. Część komórek pędu działa jak mała fabryka chemiczna, która produkuje więcej, gdy reakcje przebiegają szybciej. Sytuacja jest analogiczna, jak w strefie korzeni; reakcje chemiczne będą przebiegać zbyt szybko, jeśli temperatura wzrośnie, natomiast zwolnią, gdy zrobi się chłodniej. Gdy zestawimy to z dodatkowym ciepłem pochodzącym z energii świetlnej, zrozumiemy, jak ważny jest system regulujący temperaturę i odprowadzający do powietrza nadmiar ciepła. Ten system jest narażony na znacznie wyższe wahanie temperatury niż gęstsze podłoże, takie jak gleba. Tkanki w najwyższej strefie rośliny również spożywają tlen w niemalże stałych ilościach, dniem i nocą, a podczas naświetlania pobierają dwutlenek węgla, aby stworzyć podstawowy element potrzebny do życia węglowodany. Górna część rośliny musi poradzić sobie z tymi zadaniami w zakresie temperatury o znacznych dobowych wahaniach, osiągających czasami 10 C lub więcej i pojawiającymi się bardzo szybko. Merystem wierzchołkowy rośliny Zdjęcie wykonane skaningowym mikroskopem elektronowym (SEM), przedstawiające przekrój korzonka rośliny okrytonasiennej. Wiązka przewodząca składa się z ksylemu (cztery zielone kręgi pośrodku) oraz floemu (niebieski obszar). Ksylem doprowadza wodę i sole mineralne z korzeni do pozostałej części rośliny, a floem transportuje węglowodany i hormony roślinne. Merystem to miejsce, w którym spotykają się tkanki korzenia i pędu. U niektórych roślin to miejsce jest wyraźnie zaznaczone i wzmocnione, a u innych nie jest aż tak widoczne. Ten obszar pełni funkcję swoistej centrali telefonicznej, zajmującej się przychodzącymi dostawami pochodzącej z osmozy wody pod ciśnieniem oraz składników odżywczych z korzeni. Woda i składniki odżywcze trafiają do systemu ssącego i zostają rozprowadzone przez zagłębienia transpiracyjne (miejsca ciśnienia ujemnego) do liści, skutecznie zmieniając fizykę przepływu. Pojawia się reakcja chemiczna, następują zmiany w temperaturze i systemie kontroli temperatury, zużywane są duże ilości tlenu. Merystem powinien znajdować się w punkcie styku podłoża i powietrza. Jeśli umieścimy go zbyt głęboko lub płytko, pojawią się problemy.

4 Utrzymywanie temperatury Aby mogły zajść reakcje chemiczne, temperatura w najwyższej strefie rośliny musi być odpowiednia. Ta strefa może w miarę potrzeby samoczynnie zwolnić lub przyspieszyć transpirację, aby utrzymać określoną temperaturę w tkankach twórczych. Na początku naświetlania temperatura jest niska i nie ma dużej potrzeby chłodzenia. W ciągu dnia energia i temperatura w powietrzu i tkankach rośliny wzrastają, nasila się też transpiracja. Wraz z końcem dnia transpiracja ponownie spada. Początkowa wartość temperatury może wynosić przykładowo 18 C i osiągać maksimum w wysokości 29 C, a następnie ponownie obniżyć się, co daje 11-stopniową amplitudę w ciągu połowy dnia. W strefie korzeni te temperatury mogą wynosić od 18 C do 19 C co daje tylko 1 C różnicy. Korzenie muszą pracować w tej stałej temperaturze na tyle dobrze, aby spełniać wymagania najwyższej strefy rośliny, zmieniające się w ciągu dnia wraz wahaniem temperatury. Zastosowanie wiedzy w praktyce Rośliny potrzebowały milionów lat, by rozwinąć się na tyle, by sprostać warunkom, w którym przyszło im żyć i rozmnażać się. Temperatura i właściwości gleby różnią się w zależności od jej składu i szerokości geograficznej. Różne gatunki roślin rozwijały się, dopasowując do wymagań poszczególnych terenów. Zdolność gleby (zarówno naturalnej jak i sztucznej) do oddawania czy przyjmowania ciepła jest zależna od materiału, głębokości (objętości) i poziomu wilgotności. W bardzo porowatym materiale temperatura będzie zmieniać się gwałtownie. To samo dotyczy suchego materiału. Jednocześnie wahania temperatury zmniejszają się wraz ze wzrostem gęstości lub wilgotności materiału. Właściwość ta nasila się w niższych warstwach przekroju glebowego. Gleba podlega mniejszym wahaniom temperatury niż powietrze w takich samych warunkach. Jeśli podłoże znajduje się w wiadrze, skrzyni czy innym rodzaju pojemnika, wahania będą gwałtowniejsze i intensywniejsze, a profil temperatury zbliży się do właściwości powietrza, otaczającego pojemnik. W takich warunkach podłoże traci zdolność kontrolowania temperatury w strefie korzeni, co prowadzi do niewydolności systemu korzeniowego i niezaspokojenia potrzeb najwyższej strefy rośliny. Rośliny posadzone płytko funkcjonują przy niższych wahaniach temperatury, zbliżonych do średnich dziennych/nocnych temperatur powietrza, natomiast rośliny głęboko posadzone muszą sobie radzić z mniejszymi wahaniami i temperaturą niższą od średniej.

5 Regulowanie temperatury rośliny System korzeniowy rośliny nie reguluje własnej temperatury, więc jeśli temperatura podłoża wykracza poza warunki niezbędne do reakcji, korzenie przestają zaopatrywać resztę rośliny w dostateczną ilość wody i substancji odżywczych. Dotyczy to sytuacji, kiedy jest zbyt zimno lub zbyt ciepło. Im większa dobowa amplituda temperatur, tym bardziej obciążony jest system korzeni, co powoduje nasilenie się problemów zdrowotnych rośliny, sprawiając, że zaczyna ona tracić odporność na patogeny i insekty. Umieszczenie systemu korzeni w podłożu powyżej ziemi zwiększy strefę pobierania i oddawania ciepła. Gdy z powodu zbyt niskiej lub wysokiej temperatury korzenie przestają spełniać większość swoich zadań, rośliny wchodzą w stan spoczynku. Dotyczy to hodowli roślin w pojemnikach, znajdujących się w ciepłych, nasłonecznionych miejscach. Latem temperatura powietrza wokół pojemników sprawia, że rośliny wchodzą w drugą fazę spoczynku, chociaż są nawadniane i dokarmiane w ilościach mających zapewnić maksymalną wydajność i wzrost. Nawet temperatura wody irygacyjnej lub roztworu odżywczego zwiększa lub zmniejsza wydajność korzeni, a każda nagła i znaczna zmiana temperatury będzie stanowić dla nich wstrząs.. Dobry hodowca podgrzeje lub schłodzi wodę przed podlewaniem, aby osiągnąć odpowiedni zakres temperatury.

6 Dokładna kontrola Odpowiednia temperatura jest niezwykle ważna dla wzrostu i kwitnienia roślin, ale ujęcie wszystkich skomplikowanych czynników odgrywających rolę w tych procesach byłoby niemożliwe w tym artykule. Systemy korzeniowe i pędowe mają różne potrzeby cieplne: pęd może pracować przy większych i szybszych wahaniach temperatury, a korzeń potrzebuje mniejszej amplitudy i niższej, stabilniejszej temperatury. Dobry hodowca powinien wziąć to pod uwagę. Słaby lub niesprawny system korzeniowy spowolni rozwój górnej strefy rośliny, ponieważ nie będzie ona w stanie przeprowadzić niezbędnych reakcji chemicznych z powodu niedostatecznego poboru substancji odżywczych. Nie wpłynie to na wszystkie substancje odżywcze. Niektóre z nich będą szybsze od innych, co w konsekwencji spowoduje indywidualne niedobory. System korzeniowy rozwija się i działa najlepiej w ściśle określonym zakresie temperatury. Dobrą praktyką jest dokładne kontrolowanie temperatury podłoża, tak jak zwykle sprawdza się i reguluje temperaturę powietrza. Wszystkie części rośliny tworzą jedną całość. Jeśli temperatura w strefie korzeni zbyt długo będzie przekraczać prawidłowy zakres, mogą wystąpić problemy z odżywianiem rośliny. Reasumując, roślina żyje w dwóch całkowicie odrębnych środowiskach. Dobry hodowca powinien poświęcić uwagę im obu.