Контролирование концентрации питательного раствора

Контролирование концентрации питательного раствора

Один цветовод-любитель, безусловно, желавший добра своим питомцам, но не думавший о возможных результатах, снабдил их питательным раствором, в пять раз более концентрированным, чем рекомендованный. Он был очень огорчен и даже удивлен, когда заметил, что его растения через самое короткое время начали увядать и в конце концов погибли. И это в жидкости, насыщенной питательными веществами! Что же произошло?

Незадачливый любитель невольно вызвал осмотический процесс и наблюдал его последствия. Давайте и мы познакомимся с этим процессом.

Осмос – очень важный для питания растений процесс, который мы легко сделаем понятным, проведя небольшой опыт. Сначала, однако, изложим некоторые принципиальные положения.

Питательный раствор поглощается наземными растениями через его корневую систему. Однако корни не могут поглощать никаких твердых частиц, поэтому все минеральные соли должны быть в растворенной форме, для того чтобы они вообще могли быть поглощены. Фактически мы знаем, что молекулы всех солей, кислот и щелочей распадаются в водном растворе на еще более мелкие частицы, так называемые ионы. Этот процесс называется ионизацией. Следовательно, питательные соли поглощаются растениями в ионизированной форме.

Для нашего опыта нужны стеклянная трубка, бычий пузырь и стеклянная банка. Пузырь наполняют раствором соли, в его отверстие вводят конец трубки, и края пузыря собирают вокруг трубки и туго привязывают к ней. Все это устройство подвешивают над стеклянной банкой, наполненной простой водой, погружая пузырь и часть трубки в воду. Сразу же отмечают, на каком уровне стоит раствор в трубке. Через сравнительно короткое время мы уже заметим, что уровень раствора в трубке начал подниматься. Чем это можно объяснить?

Рис. 50. Опыты по изучению осмотического давления: вверху – с бычьим пузырём; внизу – с куриными яйцами. 1 – штатив; 2 – стеклянная трубка; 3 – отметка уровня; 4 – стеклянная банка; 5 – раствор соли; 6 – бычий пузырь; 7 – вода; 8 – 1%-ный раствор соли; 9 – насыщенный раствор соли.

Пузырь животного обладает способностью лишь слегка противодействовать проникновению воды, в то время как проникновение сквозь него частиц растворенных солей крайне затруднено. Еще со школьной скамьи мы знаем, что каждый раствор всегда стремится создавать везде одинаковую концентрацию (путем диффузии). Обе жидкости (в банке и пузыре) с разной концентрацией также стремятся уравновесить концентрацию. Какой же выход находит природа, если частицы растворенных солей не могут проникнуть сквозь пузырь? Более концентрированный раствор в пузыре просто начинает отсасывать воду из стеклянной банки, чтобы понизить свою концентрацию. Именно поэтому уровень жидкости в трубке поднимается (рис. 50).

Только что описанные процессы мы можем наблюдать и на живых клетках. Правда, мы не располагаем оборудованием ученых, и поэтому нам придется отказаться от опытов с растительными клетками. Однако куриное яйцо представляет собой единую гигантскую животную клетку, превосходно подходящую для демонстрации явления осмоса.

Для опыта нам придется пожертвовать тремя сырыми яйцами, с которых необходимо удалить известковую оболочку (скорлупу). Это делается путем осторожного растворения скорлупы в соляной кислоте, разведенной в пропорции 1 : 10. В курином яйце под известковой оболочкой имеется еще одна мягкая оболочка, обладающая такими же свойствами, как и знакомый нам пузырь. Она полупроницаема, и это мы сейчас же докажем. Мы наполняем один сосуд чистой водой, второй сосуд 1%-ным раствором соли и третий сосуд насыщенным раствором поваренной соли и опускаем в каждый из них по яйцу. Что мы можем наблюдать?

Яйцо, опущенное в чистую воду, через некоторое время начнет явственно увеличиваться в объеме. Это явление мы можем уже объяснить сами: вода в сосуде и жидкое вещество яйца стремится уравновесить концентрации. В соответствии с действием полупроницаемой перепонки вода будет всасываться в яйцо. Давление, оказываемое в этом случае изнутри на клеточную стенку (в данном случае на мягкую оболочку яйца), называют тургором. Благодаря тургору клетки приводятся в напряженное состояние, позволяющее широколистным растениям расти вертикально.

У второго яйца в 1%-ном растворе соли (физиологический раствор поваренной соли) мы не обнаружим никаких изменений. Это позволяет сделать вывод о том что растворы в сосуде и в яйце в отношении концентрации, по-видимому, находятся в равновесии, поскольку количество жидкости в яйце не увеличилось и не уменьшилось. Таким образом, мы можем констатировать, что оба раствора обладают одинаковым осмотическим давлением, или что растворы изотонические. Как же обстоит дело с яйцом в насыщенном растворе поваренной соли? Нет сомнения – оно сжимается! Раствор поваренной соли, конечно, высасывает воду из яйца, поскольку он обладает значительно большей осмотической сосущей силой, чем менее концентрированный белок куриного яйца.

Если мы будем ждать достаточно долго, концентрации медленно, но непременно выровняются, так что по обеим сторонам полупроницаемого фильтра будут находится растворы одинаковой концентрации.

В растительных клетках все происходит совершенно так же. Растения, корни которых омываются раствором, более концентрированным, чем сок внутри растений, неизбежно будут увядать, поскольку практически из них извлекается вода. Это и есть причина, по которой на почвах с высоким содержанием солей невозможно выращивание растений.

Каждое растение естественным путем все время терять воду за счет испарения. Вследствие этого количество раствора в растении становится, с одной стороны, меньшим, и поэтому оно неизбежно должно увядать, а, в другой стороны, оставшийся раствор будет иметь более высокую концентрацию. Этим создается опять-таки более высокая осмотическая сосущая сила и облегчается или ускоряется поглощение раствора из почвы.

Сделаем же вывод: Приготовленный нами питательный раствор всегда должен иметь меньшую концентрацию, чем сок растения, поэтому только в этом случае корни смогут поглощать его. Если доля воды в питательном растворе в жаркие летние дни снизится вследствие испарения и концентрация раствора (если ее не регулировать) повысится, то создастся опасность гибели растений. Когда питательный раствор более концентрирован, чем сок растений, он отнимает у растений воду. Даже незначительное повышение концентрации питательного раствора уже значительно затрудняет его поглощение.

В установке под открытым небом, куда беспрепятственно попадает дождь, питательный раствор может быть очень разведенным. Это также действует отрицательно, особенно в прохладную погоду. Тогда испарение у растений снижено, что они способны поглощать лишь незначительные количества раствора, которые не обеспечивают их достаточным количеством питательных веществ, потому что раствор сильно разведен.

Вывод из всего этого сводится к тому, что мы должны поддерживать концентрацию питательного раствора всегда в пределах от 1 до 5 частей солей на тысячу частей воды (1 – 5 г минеральных солей на 1 л воды). В рецептах питательных растворов всегда указывается, сколько солей должно быть разведено в 1 л воды. Приготовленный, согласно предписанию, питательный раствор имеет так называемую нормальную концентрацию, и исходя из нее устанавливаются все другие концентрации так, как, например, разведение раствора в 10 раз для начального периода окоренения черенков.

Определение концентрации питательного раствора можно производить с достаточной точностью при помощи небольшого прибора, который можно без больших затрат изготовить самому. Каждый, чья работа связана с большим расходом питательного раствора или у кого имеется установка в открытом грунте, должен соорудить себе такой прибор.