Что получает растение из почвы

Биология 6 · Урок 19

Откуда растение берёт воду и минеральные вещества, как они попадают внутрь и почему одного полива мало.

Главный вопрос

Садовник поливает грядку каждый день, а листья всё равно бледнеют и рост замедляется. Значит, дело не только в воде. Из почвы растение получает ещё и растворённые минеральные вещества. Откуда они берутся, как попадают внутрь и что происходит, когда их мало или слишком много?

Сначала вспомним то, что уже известно. Корень закрепляет растение в почве, поглощает воду и растворённые в ней вещества и передаёт их в стебель. Корневой волосок — тонкий вырост клетки на поверхности корня. Зона всасывания — участок корня, покрытый волосками, именно там вода и соли входят в растение.

В этой теме мы выясним три вещи. Какие вещества растение берёт из почвы. Каким путём они идут внутри корня. И что делает человек, чтобы почва не оскудела. Слово «минеральные» означает, что эти вещества пришли из неживой части почвы, а не из пищи, как у животных.

Минеральное питание

Минеральное питание — это поступление из почвы через корни воды и растворённых в ней минеральных солей. Больше всего растению нужны азот, фосфор и калий. Остальные элементы требуются в малых количествах, но без них тоже не обойтись.

У каждого из трёх главных элементов своя работа. Азот нужен для роста растения: побегов и листьев. Фосфор помогает плодам созревать скорее. Калий помогает быстро оттекать органическим веществам из листьев к корням.

Почему же признаки нехватки обычно видны на листьях? Потому что листья — самая заметная часть растения, и в них первыми проявляется голод. Запомни таблицу не как набор правил для заучивания, а как способ задавать вопросы: что у растения не так и что это может означать.

Осторожно с диагнозом

По виду листьев точный диагноз не ставят. Похожие признаки бывают от холода, засухи и болезней. Агрономы проверяют почву анализом.

Недостающее не заменить

Избыток одного вещества не заменяет недостающего: каждое выполняет свою работу. Много азота не поможет, если не хватает калия.

Представь бочку, собранную из клёпок разной высоты. Воды в неё нальётся ровно столько, какова самая короткая клёпка. Так же и с растением: рост ограничивает то вещество, которого меньше всего. Эту мысль связывают с именем немецкого химика XIX века Юстуса Либиха и называют правилом минимума.

Другой пример: человек собирает дом из кирпичей, окон и дверей. Сколько бы кирпичей ни привезли, без окон дом не получится. Так и растению мало одного вещества, если не хватает другого.

Помни: бочка — это образ, а не точная формула урожая. В жизни на растение действуют свет, тепло, влага и многое другое.

Как работает корневой волосок

Водоросли и некоторые водные растения поглощают вещества всей поверхностью тела. Наземные растения делают это корнями. Вода и соли входят через корневые волоски. Их очень много, поэтому всасывающая поверхность корня сильно увеличена. Волоски покрыты слизью и тесно прилегают к частицам почвы.

У клетки волоска два полезных свойства: длинный вырост и тонкая стенка. Вещества проходят через такую стенку легко. Слизь помогает волоску «приклеиться» к частичкам почвы, а тесный контакт даёт воде и солям больше возможностей попасть внутрь.

Чем больше волосков, тем больше площадь, через которую идёт поглощение. Это похоже на губку: у неё много маленьких пор, и поэтому она впитывает воду быстрее гладкого куска материала.

Путь веществ: корневой волосок → соседние клетки → сосуды корня → вверх к другим органам. Соли поступают только растворёнными в воде.

Корневое давление

Корневое давление — давление, под которым вода из корня поднимается в сосуды стебля. Заметить его можно в таком опыте.

1. Стебель комнатного растения срезают на высоте около 10 см.
2. На пенёк надевают короткую резиновую трубку и соединяют её со стеклянной.
3. Почву поливают тёплой водой: вода поднимается по трубке и вытекает.
4. Повторяют с очень холодной водой: вода не вытекает.

Тёплая вода здесь — комнатной температуры, не горячая. Сравнение честное, потому что меняется только температура воды: растение, почва и количество воды остаются теми же.

Вывод: поглощение воды корнем зависит от её температуры. Холодная вода поглощается плохо, поэтому растения не поливают холодной водой.

Оговорка: вода поднимается по растению не только из-за корневого давления. Об испарении воды листьями будет отдельная тема.

Почва и плодородие

Почва — верхний слой земли, обладающий плодородием. Плодородие — способность обеспечивать растения питательными веществами и влагой.

В природе вещества ходят по кругу. Опавшая листва, отмершие растения и животные перегнивают и возвращают вещества в почву. На поле и грядке всё иначе: урожай увозят, вещества не возвращаются, и почва истощается. Поэтому земледельцам приходится возвращать веществам дорогу в почву самим.

Плодородная почва — не просто «земля». В ней есть перегной, который образуется при гниении остатков, вода и воздух в промежутках между частицами. Всё это вместе и обеспечивает корням питание.

Вопрос для рассуждения. Правильно ли убирать опавшую листву с газонов? Доводы «против уборки»: листва возвращает вещества и укрывает почву. Доводы «за»: у дорог и на дорожках её убирают по другим причинам — по ней скользко, она собирает загрязнение. Единственного ответа нет: важно назвать довод и объяснить его.

Удобрения

Чтобы вернуть почве вещества, вносят удобрения. Органические удобрения — навоз, птичий помёт, перегной, торф. Минеральные — азотные, фосфорные, калийные. Есть и микроудобрения с бором, медью, цинком, кобальтом. Их нужно очень мало, но и их отсутствие вредит. Древесная зола богата соединениями калия.

Органические удобрения получают из остатков живых организмов; вещества из них освобождаются постепенно, пока те перегнивают. Минеральные удобрения — это соли, которые заранее растворимы или легко растворяются в воде, поэтому корни получают их быстро. Выбор зависит от того, чего растению не хватает именно сейчас.

Когда и сколько

Навоз вносят заранее, при осенней обработке почвы. Минеральные удобрения вносят перед посевом или вместе с ним, а потом ещё и как подкормки. Подкормка — внесение удобрений во время роста тем веществом, которое растению нужно сейчас.

Дозу соблюдают строго. Излишек повреждает растения, а продукция может стать опасной для здоровья. «На глаз» дозу определять нельзя: используй мерную посуду и инструкцию на упаковке.

Разведение. Пусть на один стакан настоя берут десять стаканов воды (1 : 10). Сколько воды нужно на 3 стакана настоя? Каждый стакан настоя «тянет» за собой десять стаканов воды, поэтому 3 × 10 = 30 стаканов воды. Всего смеси получится 3 + 30 = 33 стакана. Частая ошибка — взять только десять стаканов воды на все три стакана настоя: смесь выйдет слишком крепкой. Помни, что десять стаканов воды приходятся на каждый стакан настоя, и сначала посчитай, сколько стаканов настоя у тебя есть.

Безопасность

Удобрения — не игрушка. Работай с ними только вместе со взрослыми, ничего не пробуй на вкус и после работы мой руки.

Без почвы

Гидропоника — выращивание растений в питательном растворе, где есть все нужные вещества. При аэропонике корни находятся в воздухе и несколько раз в час опрыскиваются слабым раствором минеральных солей.

В обоих случаях человек сам готовит раствор и следит, чтобы в нём были все нужные вещества в подходящих количествах. Если раствор слишком крепкий или в нём чего-то не хватает, растение страдает так же, как в плохой почве.

Вывод: растению нужна не сама «земля», а вода, растворённые соли и воздух для корней. Почва лишь удерживает корни и запасает всё перечисленное.

Типичные ошибки

• «Растение ест землю». Правильно: оно поглощает воду и растворённые соли, а не куски почвы.
• «Чем больше удобрений, тем лучше». Правильно: излишек повреждает растение; дозу соблюдают строго.
• «Азот можно заменить калием». Правильно: каждое вещество выполняет свою работу, избыток одного не заменяет другого.
• «Минеральное питание и фотосинтез — одно и то же». Правильно: минеральное питание даёт воду и соли, а органические вещества растение создаёт само на свету — это следующая тема.
• «Корень всасывает сухие соли». Правильно: соли поступают только растворёнными в воде.
• «Поливать можно любой водой». Правильно: слишком холодная вода поглощается плохо.

Примеры и самопроверка

Разобранный пример 1. Растение мелкое, бледно-зелёное, нижние листья жёлтые. Возможно, не хватает азота. Но это только предположение: похожие признаки бывают от холода, засухи и болезней. Сначала проверь полив, свет и температуру, а почву проверь анализом.

Разобранный пример 2. Нужно 220 мл готовой смеси при разведении 1 : 10. В ней 1 + 10 = 11 частей, одна часть равна 220 : 11 = 20 мл. Значит, настоя 20 мл, воды 200 мл.

Что такое минеральное питание?

Поступление из почвы через корни воды и растворённых в ней минеральных солей.

Какие элементы нужны больше всего?

Азот, фосфор и калий.

Растение мелкое, бледное, нижние листья жёлтые. Чего может не хватать?

Азота, но по листьям точный диагноз не ставят.

Что показывает образ бочки?

Рост ограничивает то вещество, которого меньше всего. Это образ, а не точная формула.

Почему у корня так много волосков?

Они сильно увеличивают всасывающую поверхность.

Почему не поливают очень холодной водой?

Холодная вода поглощается корнем плохо.

Почему на грядке почва истощается?

Урожай увозят, и вещества не возвращаются, как это происходит при перегнивании листвы в природе.

Сколько воды на 5 стаканов настоя при 1 : 10?

50 стаканов воды, всего смеси 55 стаканов.

Наблюдение на месяц

Возьми два одинаковых растения колеуса в одинаковых горшках, с одной почвой, на одном свету. Меняется только полив. Первое растение поливай каждый день утром и вечером по 50 мл. Второе — три раза в неделю по 200 мл. Раз в неделю записывай результаты.

Сравнивай высоту, число и цвет листьев, состояние почвы. Заметь, что за неделю первое растение получает 2 × 50 × 7 = 700 мл, второе — 3 × 200 = 600 мл: воды примерно поровну, различается режим. Не спеши с выводом: два горшка — это маленький опыт, а не доказательство.

Это настоящее наблюдение: сайт его не заменяет. Записывай то, что видишь, даже если результат не совпал с твоим ожиданием.

Заметки учителю

Цели и ожидаемые результаты

Ученик объясняет, что такое минеральное питание, называет главные элементы и их роли, описывает путь веществ от волоска к другим органам, истолковывает опыт с корневым давлением, различает органические и минеральные удобрения и решает задачу на разведение 1 : 10.

Ход занятия, 40–45 минут

Урок устроен как карта огорода с девятью остановками: Грядка, Под землёй, Веранда, Бочка, Теплица-лазарет, Компост, Сарай, Оранжерея, Ярмарка. На первом занятии пройдите пять основных (например, Грядка, Под землёй, Веранда, Бочка, Сарай), остальные оставьте на второе. Примерно: 5 минут — вопрос о поливе; 10 — корень и волоски; 10 — опыт и бочка; 10 — удобрения и разведение; 5–10 — самопроверка.

Вопросы для обсуждения

Почему одного полива мало? Почему листву на дорожках убирают, а под деревьями оставляют? Что ещё, кроме нехватки солей, делает листья жёлтыми? Как узнать, что именно нужно растению, не рискуя навредить? Чем растения в природе отличаются от растений на грядке с точки зрения возврата веществ?

Трудные места

Путают минеральное питание с фотосинтезом; считают, что избыток удобрений всегда полезен; принимают образ бочки за формулу; думают, что вода и соли идут к корню «сами», а не через волоски; не различают плодородие и количество удобрений.

Признаки понимания

Ученик называет роль каждого из трёх элементов, оговаривает неточность диагноза по листьям и верно считает смесь 3 + 30 = 33.

Как проверить результат

Попросите закончить фразу: «Растению нужен не только полив, потому что …». Оценивайте связь между названным веществом и его ролью, а не заученный список. Пусть ученик объяснит свою таблицу наблюдений другому ученику своими словами.

Упростить и усложнить

Проще: ограничьтесь азотом и опытом с водой. Сложнее: предложите придумать контрольный опыт к наблюдению за колеусом и объяснить, зачем менять только один фактор.

Объяснения написаны для урока. Иллюстрации — самостоятельные учебные изображения, а не фотографии опытов; размеры и пропорции условны.