Особенности воздушного режима почвы
Рассматривая фотосинтез в виде последовательного ряда биохимических реакций, можно выявить закономерность: образование органических веществ прямо пропорционально концентрации двуокиси углерода в воздухе (кислород же образуется как побочный продукт фотосинтетической реакции и при накапливании снижает ее интенсивность). Казалось бы, стоит создать вокруг растения атмосферу с повышенным содержанием С02, и кактус будет расти как на дрожжах. Однако при помещении опытных экземпляров в такую среду их рост прекращался и растения впадали в состояние стагнации, а при длительном содержании в подобных условиях — погибали. Почему?
Наряду с фотосинтезом растения постоянно дышат. Процесс дыхания, как и процесс фотосинтеза — комплекс сложных биохимических реакций, связанных с распадом органических веществ. При дыхании шестиатомные сахара разлагаются на воду и углекислый газ с высвобождением энергии, которая расходуется в ходе других реакций и частично выделяется во внешнюю среду. При этом в процессе биохимических реакций из атмосферы поглощается кислород, играющий роль окислителя. Процесс дыхания проходит непрерывно, меняется лишь скорость дыхательных реакций. По суммарной химической реакции дыхание обратно фотосинтезу.
Интенсивность реакций дыхания снижается при увеличении концентрации углекислого газа в окружающей среде.
У кактусов как у растений с С4-типом метаболизма устьичные щели открываются лишь в темное время суток, когда температура воздуха снижается. И кислород, и углекислый газ поступают в ткани в ночное время. В ходе проведенных с кактусами и другими суккулентами экспериментов с использованием меченых атомов было установлено, что при дыхании эти растения используют кислород, на 58—92% состоящий из кислорода, образованного при фотосинтезе.
Удивительно, но кактусы действительно «автономные» организмы — они практически не выделяют в атмосферу углекислый газ и используют в ходе дыхания гораздо меньше атмосферного кислорода, чем мезофитные растения.
Кислород используется не только при дыхании, он необходим корням, так как регулирует процессы поглощения почвенной влаги. Воздух проникает в почву благодаря особенностям ее строения — наличию пор и капилляров. При смачивании капилляры заполняются водой и сохраняют ее долгое время. Более крупные поры обычно заполнены воздухом и при смачивании лишь на короткое время заполняются водой.
Каждый, кто пересаживал кактусы из глиняного горшка, видел, насколько интенсивнее развивается корневая система в пристенной зоне, где через пористые стенки горшка обеспечивается максимальный приток воздуха.
Легкие почвы имеют большую пористость и воздухопроводность, тяжелые — большую капиллярность и влагоемкость. Создавая в культуре искусственные субстраты, кактусовод объединяет свойства тяжелых и легких почв. Мелкая капиллярная структура сохраняется в комочках плодородных почв, а крупная пористость обеспечивается за счет механических фракций. Как показывает практика, такое сочетание для кактусов предпочтительнее.
В природе легкие почвы благодаря активности почвенной фауны могут вентилироваться на сравнительно большие глубины — более 1,5 м. Из них легко удаляются углекислый газ и газообразные продукты метаболизма почвенной биомассы.
В культуре наблюдается другая картина. В ходе установления биологического равновесия во вновь составленном субстрате из карбонатов активно выделяется углекислый газ, который, будучи тяжелее воздуха, при отсутствии вентиляции скапливается между горшками. В результате концентрация двуокиси углерода непосредственно около растений становится несколько выше. Повышается количество углекислого газа и в субстратном воздухе, что ведет к торможению процессов поглощения воды и питательных веществ. Поэтому теплицы необходимо проветривать, создавать ток воздуха путем активного вентилирования или приподнимать растения над полом.
Другой причиной использования для кактусов легких субстратов является лучшая их воздухопроводность. В пластмассовых горшках при правильно составление субстрате корни равномерно пронизывают весь его объем. Чтобы избежать локализации корней в пристенной зоне при использовании глиняных горшков, можно рекомендовать заполнение межгоршечного пространства крупным песком, битым кирпичом, мелким или битым керамзитом с целью снижения интенсивности вентиляции в пристенной зоне.
Стоит отметить, что кактусы менее требовательны к составу атмосферного воздуха, чем большинство мезофитных растений. Однако в результате многих экспериментов было установлено, что пары таких органических растворителей, как ацетон, дихлорэтан, продукты переработки нефти, оказывают отрицательное воздействие на кактусы, прежде всего растворяя восковидный кутикулярный слой и обезжиривая клеточные стенки. Пары этилена и этилового спирта являются причиной хлороза и отмирания участков эпидермиса и водозапасающей паренхимы, что в свою очередь ведет к гибели всего растения.
Замечено, что кактусы выдерживают значительные концентрации паров тяглых металлов (свинец, ртуть и др.) и инактивируют их ионы в густой цитоплазме путем связывания в сложные соединения.