4.4. Коренева система як орган поглинання води

Майже вся вода, що поглинається рослиною, надходить до неї через корінь. Нормальний перебіг процесів життєдіяльності рослини може відбуватися лише при дотриманні сталості забезпечення тканини водою. Втрати води на транспірацію повинні компенсуватися її надходженням. Велике значення при цьому належить розміру кореневої системи, швидкості її росту і поглинальній діяльності. Це пов’язано насамперед з тим, що дифузія води у ґрунті дуже повільна: не більше 1 см на добу. Тому у ґрунті не вода рухається до кореня, а він прямує до неї.

Цією обставиною визначається специфічна організація кореневої системи, яка має дуже великі розміри і здатна до розгалуження. Загальна поверхня коренів звичайно перевищує поверхню наземних органів у 140–150 разів.

Вже у однорічного сіянця яблуні формуються 5–7 порядків розгалуження коренів загальною довжиною 250 м, а з кореневими волосками – близько 3 км. У дорослих дерев коренева система вимірюється десятками кілометрів. При цьому близько половини її сформовано коренями довжиною до 5 м. Щільність коренів у орному шарі ґрунту для забезпечення поглинання води деревними і трав’янистими рослинами повинна становити 0,3–0,5 см на 1 см³ ґрунту.

Морфологія кореня. Унікальна здатність коренів охоплювати значні об’єми ґрунту пов’язана з великою кількістю точок росту (меристемні тканини становлять 10% маси кореня і тільки 1% - у стеблах), високою швидкістю ростових процесів (1-10 см на добу) і властивістю позитивного гідротропізму, тобто здатністю рости у напрямі більш вологих ділянок ґрунту.

Поглинальна функція кореня зумовлена особливостями його анатомічної будови. Корінь умовно поділяється на чотири зони – поділу клітин, розтягування, всмоктування, або кореневих волосків, і провідну зону. Зона поділу клітин захищена кореневим чохликом і потребує незначної кількості води. Клітини цієї зони характеризуються наявністю великих ядер, відсутністю вакуолей, первинною будовою клітинних стінок. Їх водний потенціал визначається в основному матричною силою, тобто здатністю до бубнявіння колоїдів протоплазми і клітинних стінок ( = m).

Інтенсивне поглинання води розпочинається у зоні розтягування. Тут проходить посилене новоутворення білків цитоплазми. Значне збільшення об’єму клітин досягається за рахунок утворення великої вакуолі, яка є резервуаром осмотично активних речовин. Так виникає другий компонент водного потенціалу - осмотичний. Одночасно зі збільшенням об’єму вакуолі відбувається пом’якшення і розтягування клітинних стінок. Еластичність оболонки зменшує її опір поглинанню води. Тому водний потенціал у цьому випадку визначається сумою матричного і осмотичного потенціалів ( = m + ) і забезпечує величезну здатність поглинати воду.

Зона кореневих волосків є основною поглинальною зоною кореня. Тут на 1 мм² поверхні кореня припадає 230–500 кореневих волосків, що збільшує активну поверхню у 10–15 разів. Вакуолізація клітин цієї зони, високий ступінь розвитку мембранних структур і ригідність клітинних стінок, що закінчили формування, виконують роль надійних механізмів осмотичної регуляції поглинання і транспорту води. У них поряд з осмотичним тиском велике значення має гідростатичний. Поглинальна функція провідної зони кореня завдяки обкорковінню покривних тканин помітно зменшується. Але і ці частини кореня також можуть поглинати воду, що має особливе значення для багаторічних рослин.

Ґрунт є багатофазним тілом, що складається з чотирьох основних компонентів: твердих мінеральних часток, органічної речовини, ґрунтового розчину і повітря.

Здатність ґрунту поглинати й утримувати воду залежить від його складу і властивостей. Відносно крупні кристали силікатів (пісок) можуть зв’язувати невелику кількість води. Глинисті частки ґрунту (алюмосилікати) і гумусові речовини, утворюючи колоїди, можуть утримувати значну кількість гідратаційної води. Таку воду умовно називають зв’язаною. Вода, що міститься у капілярах ґрунту, вважається вільною. Певна частина води входить до складу мінеральних компонентів ґрунту, проте вона хімічно зв’язана і практично недоступна для рослини.

Існують різні терміни щодо визначення доступності ґрунтової вологи. Поняття “повна вологість” широко вживається для характеристики максимальних запасів ґрунтової вологи, які можуть бути використані рослиною. Мінімальні запаси позначаються поняттям “вологість стійкого в’янення”. Вона є нижньою межею вологості ґрунту, при якій можливий ріст рослини. Під доступною для рослин вологою ґрунту розуміють ту кількість води, яка знаходиться у межах між рівнем повної польової вологоємності й вологості стійкого в’янення.

Поглинання рослинами води з ґрунту є більш складним процесом, ніж звичайне всмоктування води коренями з посудини, наповненої нею. Водоутримуючі сили ґрунту протидіють всмоктуванню рослиною води. Поняття “водоутримуючі сили” включає низку сил, зумовлених різними факторами. Передусім, у ґрунті міститься не чиста вода, а розчин, концентрація якого визначає величину осмотичного тиску, який протидіє всмоктуванню води кореневою системою. Осмотична протидія всмоктуванню має значення тільки на засолених або надмірно удобрених ґрунтах легкорозчинними солями.

Протидію чинять і адсорбційні сили, наявність яких пояснюється фізичним складом ґрунту. Тверді частки ґрунту й органічні колоїдні речовини змочуються водою, частина якої заповнює і великі ґрунтові капіляри. Таку воду називають гравітаційною. Вона рухлива і, підпорядковуючись силі тяжіння, може опускатися по профілю ґрунту після атмосферних опадів. При цьому у невеликих капілярах ґрунту вода затримується силами поверхневого натягу менісків, це – капілярна волога. Сила її утримання у ґрунті невелика, і тому, як і гравітаційна, ця вода може поглинатися кореневими волосками.

Повітряносухий ґрунт теж містить незначну кількість води, яка залежить від його гранулометричного складу. Ця вода називається гігроскопічною. Сила зчеплення її з ґрунтовими частками становить близько 1000 атм, і тому така вода зовсім не може поглинатися рослинами. Властивість колоїдних речовин ґрунту бубнявіти у воді підвищує його водоутримуючу здатність, збільшує кількість міцно зв’язаної, так званої, імбібіційної води. Торфові ґрунти мають багато органічних речовин, тому містять велику кількість такої води. Існує співвідношення між гранулометричним складом ґрунту і його водними властивостями. У легких ґрунтів мала повна вологоємність і запаси води краще використовуються рослиною. На важких ґрунтах мертвий запас води, тобто води, що не може поглинатися рослинами буде більший, але і загальна кількість доступної води велика, тому що повна вологоємність їх у 2–2,5 рази вища, ніж легких ґрунтів.