Елена ГолецОпадание листвы перед наступлением зимы, — биологически полезное приспособление некоторых многолетних растений к жизни в определенных климатических условиях. Почему деревья сбрасывают листья на зиму?
Листопад
Листопад — сезонное явление. Он возникает, главным образом, в связи с приближением неблагоприятного для активной жизни растений времени года — зимы.
Листопад — краса осени. Лес, парк, отдельные деревья и кустарники разукрашены в разные оттенки желтого, оранжевого, фиолетового цветов. И в этом букете красок еще отчетливее выделяются синеватой сочной зеленью строгие ели и распушенные сосны.
Почему-то в разные дни сильнее осыпались разные породы деревьев, — третьего дня все дорожки были покрыты листьями кленов, вчера их засыпали лимонные листья лип, а сегодня стали опадать багровые с черными прожилками листья осин.
К. Паустовский
Изменения климата
Полагают, что умеренному климату средней полосы Европы с теплыми и холодными временами года предшествовал теплый и жаркий климат. Медленно шло похолодание, поэтому сезонность возникала постепенно.
Ледниковые эпохи в Европе были временем наибольшего похолодания, после чего начались изменения в сторону современного климата, причем потепление происходило как бы волнами. Все эти изменения совершались в течение многих миллионов лет, (подробнее: Как зарождалась жизнь в древние эры Земли).
Вот в таких условиях формировался современный растительный мир умеренного пояса нашей страны и вырабатывалась приспособленность растений к жизни в зимнее время. Листопад — одно из приспособлений, помогающее растениям переносить холод.
- Почему же не все деревья и кустарники осенью теряют листья?
- Почему у разных растений этот процесс идет по-разному: и время листопада различное и расцветка листьев неодинаковая?
- Почему признаки наступления листопада у некоторых деревьев появляются тогда, когда осени еще и в помине нет?
Какая польза дереву от сбрасывания листьев
О листопаде можно говорить, как о полезном приспособлении, помогающем растению пережить холодное время года. Какая польза дереву от сбрасывания листьев?
Это можно увидеть, если побываешь в лесу в глухую зиму после больших снегопадов, медленно пробираясь на лыжах по глубокому, рыхлому снегу, по знакомой еще с лета тропинке.
Как изменилась эта тропинка! Ранней осенью, когда грибники шли за грибами, она была достаточно широка, и ничто не преграждало им путь. А теперь здесь беспрерывно возникают различные препятствия. Вот молодая березка склонилась к земле придавленная слоем снега, преградив дорогу.
Гибкая рябинка согнулась дугой посреди тропы, и приходится освобождать ее вершину, засыпанную снегом. Местами молодые высокие деревья, наклоняясь верхушками, образуют настоящую арку.
На больших деревьях — целые подушки снега. Снежинка за снежинкой оседал он на ветвях берез, осин, дубов, на упругих лапах елей, опуская их книзу. Иногда согнувшаяся под тяжестью снега ветка роняет пушистые комья и быстро выпрямляется, освободившись вдруг от этого груза. Но можно увидеть и сломанные ветви.
А как бы выглядел лес, если бы березы и осины, липы и клены оставались на зиму с листьями. Очень редко нечто подобное можно наблюдать, когда преждевременно выпавший снег ляжет на ветви, еще не потерявшие листья. Сколько деревьев оказываются при этом сломанными и искалеченными!
Хвойные деревья
Даже прочные и гибкие ветки некоторых хвойных деревьев, приспособившихся переживать снежную зиму в иголках-листьях, не всегда выдерживают тяжесть осевшего на них снега и ломаются.
Но деревья, оставшиеся на зиму в листьях, страдали бы и по другой причине. Лист ведь не только орган питания, но и орган испарения, а корни дерева не могут высасывать воду из мерзлой земли.
Поэтому такие деревья, как ель, сосна, пихта, кедр, остающиеся на зиму зелеными, имеют приспособления, позволяющие им с наступлением холодов почти полностью прекратить испарение.
Поверхность их листьев-иголок меньше поверхности листьев кленов, дубов, осин и других лиственных деревьев. Кроме того, устьица хвои, через которые происходит испарение, очень глубоко скрыты в листовой ткани. Поэтому растение может на зиму закрывать их и полностью прекращать испарение.
Деревья и кустарники, теряющие листья осенью, также могут до известной степени регулировать испарение, но такой приспособленности, как у елей и сосен, у них нет. Ее нет и у хвойного дерева лиственницы, сбрасывающей осенью свои мягкие иглы.
Потеря листьев зависит от того, способно ли дерево приостанавливать с наступлением холодного времени испарение или нет, (подробнее: Транспирация у растений). Ель остается на зиму зеленой потому, что листья-иглы хорошо защищены от испарения непроницаемым восковым налетом и закрывающимися устьицами.
Таким же свойством обладают и некоторые лиственные многолетние кустарники болот и лесов: голубика, брусника, подбел, клюква и другие. Наличие у растения того или иного приспособления к жизни, в том числе и способности к сохранению или потере листьев на зиму, зависит прежде всего от условий окружающей среды, в которых оно существует.
Интересно, например, что на севере, в тундре, низкорослых растений, не теряющих листьев за зиму, больше, чем в областях с климатом, значительно более теплым. Оказывается, что условия жизни при коротком лете в тундре неблагоприятны для возобновления листьев каждую весну, поэтому здесь и появились в большом числе вечнозеленые растения.
Потеря растением листьев
Возникает вопрос: имеет ли какое-либо отрицательное значение потеря растением листьев — ведь на создание их затрачены и энергия и материал? Оказывается, что от потери листьев осенью дерево не только не страдает, но даже получает определенную пользу.
В течение лета лист значительно изнашивается, и его свойства как ассимилирующего органа ухудшаются. На листьях поселяются различные микроскопические грибки, их разрушающие; нередко листья повреждаются насекомыми. Но самое главное заключается в следующем: в листе за лето накапливаются вредные вещества, тормозящие его работу.
Дерево в процессе жизни испаряет почвенную воду в очень значительном количестве. Так, взрослая береза за сутки испаряет около 40 литров воды, а высочайшее дерево в мире — австралийский эвкалипт — свыше 500 литров.
В болотистых местах Закавказья, например в Рионской долине, посадкой эвкалиптов добились превращения малярийных болот в здоровую и пригодную для культивирования ценных субтропических культур местность.
Но растение, забирая из почвы воду вместе с растворенными а ней минеральными веществами, испаряет ее только в чистом виде. Минеральное вещества, попадающие в лист, используются в процессе жизнедеятельности не полностью, и часть их откладывается в клетках листьев, ухудшая работу зеленой лаборатории.
Точной проверкой состава листьев установлено, что ко времени листопада в них имеется вдвое больше минеральных веществ, чем в начале лета. Кроме того, опадающие листья полезны лесу: разрушаемые грибками и бактериями, они удобряют почву.
Об этом свидетельствует такой опыт. В одном лесу часть площади ежегодно очищали от подстилки леса (листьев, сучков, кусочков коры и т. д.). Прирост древесины на этом участке стал снижаться, и через десять лет он уменьшился на 10-11 % по сравнению с той частью леса, где уборка не производилась.
Что же касается потери при листопаде таких органических веществ, как углеводы, то это не имеет существенного значения для дерева, так как растение производит их в большом количестве. Самое же ценное органическое вещество — белки (а также и некоторые другие вещества) — эвакуируется из листа перед его опаданием в стебель и корни, (подробнее: Состав растительных клеток).
Получается, что, теряя листья, растение не страдает, и ему, безусловно, выгоднее начать весной новый год жизни с молодой листвой, чем переживать зиму со старой.
Вечнозеленая растительность
Но как осуществляются жизненно важные функции у растений, не имеющих листопада?
Таких многолетних растений, которые не теряют листву совсем, в природе нет. Разница лишь в том, что одни растения теряют их с наступлением неблагоприятного для жизни времени года одновременно, а у других листопад происходит постепенно.
Это одинаково относится к растениям умеренных, холодных и жарких стран. В последних, если нет засушливого периода, деревья и кустарники, как правило, остаются вечнозелеными круглый год, но также постоянно сменяют листья.
По описаниям путешественников, и среди деревьев влажных тропиков, где не бывает засухи, есть такие, которые теряют все листья одновременно. Зато они уже через неделю-другую красуются в молодой листве. Здесь значение листопада как средства освобождения от накопившихся излишних веществ выступает еще отчетливее.
Однако в большинстве случаев смена листьев у вечнозеленой древесно-кустарниковой растительности осуществляется постепенно. Ежегодно эти растения теряют только часть листвы. Так, хвоя ели живет около семи лет, поэтому взрослая ель ежегодно теряет примерно седьмую часть своей листвы-хвои. Сосновая же хвоя живет всего лишь два-три года, поэтому сосна имеет более заметный листопад.
Если грибники собирали в молодом соснячке рыжики, то не могли не заметить, что в корзинке у вас вместе с грибами много засохших сосновых игл. В это время, перед наступлением осени, у сосны и некоторых других наших хвойных деревьев и происходит наиболее значительное опадание листвы. Заденешь при сборе грибов ветку, и пожелтевшая хвоя падает на землю.
Подобную же смену листьев имеют и вечнозеленые лиственные деревья и кустарники. Пальма, например, выкидывает сверху все новые и новые листья, а нижние беспрерывно отмирают и засыхают.
Такой листопад наблюдается и у многих других растений теплых стран.
Интересное явление, подобное листопаду, наблюдается у деревьев, кустарников и полукустарников пустынь.
У этих растений листьев или нет, или они очень мелкие. Иногда они напоминают чешуйки, иногда превращаются в колючки. К таким растениям относятся саксаул, песчаная акация и другие.
С наступлением жаркого времени у растений, не имеющих совсем листьев и ассимилирующих органическое вещество с помощью тонких зеленых веточек, например у черного саксаула, происходит настоящий веткопад — опадают тонкие, ассимилирующие веточки. Биологически такой веткопад полностью соответствует листопаду наших деревьев, теряющих осенью листву.
Мало приметен листопад на севере. Здесь зима после короткого лета наступает обычно быстро, стремительно, и многие карликовые, приземистые кустарнички, а также травянистые растения уходят под снег зелеными, некоторые даже с цветочными бутонами. У северных растений выработалась большая холодостойкость, и, проведя зиму под снегом, весной они продолжают развиваться. Ярких красок листопада здесь не бывает.
Где бы ни наблюдали листопад, он по красоте не идет ни в какое сравнение с листопадом умеренных стран, с нашей золотой осенью.
Особенности листопада
Почему наша осень — самая нарядная в мире? Оказывается, потому, что она у нас самая длинная. Здесь природа не торопясь готовится к переходу от лета к холодному времени, когда активная жизнь замирает.
Каждое дерево, каждый кустарник имеет свои особенности листопада. Поэтому смена осенних картин идет у нас в определенной последовательности, составляющей характерную черту нашей природы. Оранжевыми, золотисто-багряными становятся умирающие кленовые листья, и старый клен в это время особенно привлекателен. С ним соперничает по красоте скромная, мало привлекающая внимание в обычное время осина. Ярким багряным пятном выделяется она среди других деревьев.
Листья многих деревьев и кустарников принимают разнообразные оттенки желтой окраски. Желтосоломенными становятся лиственницы, какая-то блеклая однообразная желтая окраска появляется у лип, пестрой желтизной (в связи с неравномерным пожелтением) покрываются листья берез.
А какими замечательными по окраске становятся в это время некоторые кустарники и небольшие деревья подлеска! Фиолетовыми листьями разной яркости выделяется калина, светлорозовую окраску принимают кусты бересклета, а пунцовые листья рябины точно помогают птицам — любительницам ягод — увидеть издали ветки, увешанные оранжевыми гроздьями.
Кто же выполняет роль художника, создающего это красочное великолепие?
Лист, как известно, орган ассимилирующий. В нем осуществляется сложный процесс фотосинтеза, в котором участвует немало разнообразных веществ, происходят сложные химические изменения.
Кроме хлорофилла, в листве имеются и другие окрашенные образования. В обычное время зеленый цвет хлорофилла, (подробнее: Почему растения зеленые) покрывает, или, как говорят, фиксирует, другие окрашенные вещества листа, они становятся незаметными. Но к осени обычные процессы коренным образом изменяются.
Почему листья осенью меняют цвет
О сложности явлений, происходящих в листе в это время, можно судить по таким примерам. Известно, что хлорофилл возникает под действием солнца. Он — непременный участник фотосинтеза. Осенью же происходит существенная перемена: под действием солнца хлорофилл разрушается, образуются новые вещества, это проявляется в смене цвета листьев.
В результате разрушения хлорофилла в листе через прозрачную кожицу обнаруживается то, чего не заметно летом и что возникло осенью, в связи с затуханием процесса обмена веществ. Именно в это время ряд полезных растению веществ уходит из листа в стебель и корень.
Разнообразные физиологические процессы, происходящие в листьях, отражаются на их окраске. И так как каждое растение имеет свои выработавшиеся в течение жизни особенности, то различие в расцветке листьев осенью весьма велико.
Наблюдая год от году листопад, можно легко обнаружить особенности его у разных древесных растений в разные годы. Если осень пасмурная, без солнечных дней, то лист дольше остается на дереве и меньше изменяется в окраске. Листопад в такую осень значительно менее ярок — нет багряной окраски на листьях осин и кленов, в лесу преобладает желтый цвет.
Процесс отмирания листьев
Сильные ранние заморозки также изменяют ход листопада. Они ускоряют процесс отмирания листьев, и всех обычных изменений тогда не происходит: мороз убивает еще живую ткань листьев и нарушает нормальное течение процессов, происходящих во время листопада. Яркие солнечные дни, наоборот, способствуют красочности листопада. Это, вероятно, происходит потому, что яркий свет ускоряет разрушение хлорофилла.
О том, как чутко отзываются растения на ничтожные изменения условий, в которых происходит листопад, можно судить по такому факту. У двух деревьев одного и того же вида, но растущих в не совсем одинаковых условиях, листопад будет осуществляться по-разному.
В этом случае будет влиять микроклимат, то-есть незначительные, нередко едва уловимые климатические особенности, зависящие от высоты местности, влажности, защищенности от ветров, освещения и т. д.
Очень важный момент в листопаде — образование так называемого отделительного слоя.
Оторвите листок от ветки летом, в пору расцвета его жизни, и рассмотрите в лупу место отрыва: вы увидите зияющую ранку. Но если вы во время осеннего листопада поднимете только что опавший лист и посмотрите на место отрыва черешка от ветки, то убедитесь, что оно совершенно гладкое.
Такая же гладкая поверхность имеется и на месте отрыва на ветке. Это и есть отделительный слой, который осенью разобщает ткани листа и дерева. Он начал образовываться еще летом, задолго до листопада. Вот почему не опадают сухие листья сломанной ветки, не отрываются листья березового, или кленового веника — там не мог еще образоваться отделительный слой.
Попробуйте вырастить в комнате небольшое лиственное деревце. Сколько бы вы ни ухаживали за ним, — придет осень, и листья опадут, так как между ними и веткой образовался отделительный слой. Это полезное приспособление возникло исторически и является уже наследственным свойством растений.
Листопад деревьев и кустарников — лишь одно из наиболее ярких явлений подготовки растений к зиме. Приспособление же к переживанию зимы проявляется у многолетних растений во всем организме.
Закладка новых почек
Так, одновременно с возникновением отделительного слоя идет образование, закладка новых почек, причем уже в это время определяется, какие это будут почки — листовые или цветочные. После закладки почки приостанавливаются в развитии, то-есть находятся в состоянии покоя до начала вегетационного периода — до весны.
Очень интересно, что такой почке совершенно необходим холодный период: раньше определенного времени она не может пойти в рост. Если нарезать веток осенью, после листопада, или в первой половине зимы и создать им все условия для роста, то почки не раскроются, ибо у растения еще не закончился период необходимого ему покоя, а следовательно, оно не может развиваться.
Зато ветки, взятые в январе — феврале и опущенные в воду, начинают жить активно, образуют листья, а если почки цветочные, — то и цветы. Следовательно, покой растения в зимнее время не является абсолютным. В этот период в растении происходят физиологические изменения.
Сезонные изменения в стволе и корне
В стебле (стволе) и корне в период подготовки к зиме также наблюдаются изменения. Многие вещества из листьев переходят в ствол и способствуют перенесению растением зимних холодов. Корень в это время усиленно растет даже и после листопада, до морозов; продолжает он свой рост и весной, лишь только оттает земля, хотя листья еще не распустились.
Как известно, наследственность растения может меняться. Растение может приспосабливаться к новым условиям жизни. Интересно проследить, как будет вести себя растение, если температурный режим, к которому оно приспособилось, нарушится.
Если изменения произойдут очень резко, то растение, конечно, просто погибнет. Теплолюбивое растение не может сразу стать холодостойким. Но изменение температурных условий в определенных границах может вызвать у растения такие приспособительные особенности, которые создадут ему возможность благополучно существовать в более суровом климате.
Особенности листопада у дуба
Интересен в этом отношении дуб. Встречаются два близких вида дуба — дуб зимний и дуб летний. По внешнему виду они мало различимы, но существенно отличаются по листопаду. Осенние заморозки обычно застают зимний дуб врасплох, когда дерево к листопаду еще не подготовлено. Мороз убивает лист, и дерево почти всю зиму стоит с побуревшей листвой. Очевидно, дуб зимний пришел в среднюю полосу из мест, где лето длинное и листопад наступает позже.
Дуб летний теряет листву своевременно, до наступления морозов, и зиму стоит без листьев. Ценные вещества, которые у зимнего дуба не успевают уйти из листьев до морозов, у летнего дуба сохраняются в ветвях и стволе.
Однако исследования и опыты по распространению дуба к северу показывают, что больше шансов для расселения здесь имеет как раз не летний дуб, а зимний. Летний дуб, рано теряющий листья, рано их возобновляет. Зимний же дуб, наоборот, теряет и возобновляет листву позже.
Поэтому в местах, где бывают поздние весенние заморозки, мороз нередко убивает молодой лист летнего дуба, в то время как зимний дуб, покрывающийся листвой позже, не страдает от этого. А что лучше — потерять раньше времени старый, износившийся уже лист или молодой, весенний, — уже известно.
Над загадками и вопросами листопада работают натуралист.
Вопрос почему деревья сбрасывают листья не только интересен, но имеет большое практическое значение для акклиматизации растений, то-есть искусственного передвижения их в места, значительно отличающиеся физико-географическими условиями, в частности иной сезонной температурой.