Зеленые растения — единственные организмы, способные из простых неорганических соединений создавать сложные органические, которые потом и являются пищей всех остальных (не зеленых) растительных организмов и животных.
Для поддержания жизненных процессов растение питается и дышит. Известны два типа питания растений — воздушное и почвенное. Из воздуха растения получают углерод в виде углекислого газа, а из почвы воду и различные минеральные элементы. Поскольку в растениях содержится примерно до 45% углерода, воздушное питание имеет первостепенное значение.
В упрощенном виде при воздушном питании растения поглощают из воздуха углекислый газ и, соединяя его с полученной из почвы водой, образуют простейший углевод — глюкозу и выделяют кислород. Формула реакции имеет следующий вид:
6СО2 + 6Н2О + энергия → С6Н12О6 + 6O2
Источником энергии служит солнечная радиация. Вот почему растения накапливают органическую массу и выделяют кислород только на свету. При дальнейших жизненных процессах в клетках листа происходит усвоение других химических элементов, образуются более сложные органические элементы — крахмал, жиры и белки.
Во время дыхания происходит обратная реакция с поглощением кислорода и выделением углекислого газа и энергии, которая и расходуется на жизненные процессы. Но на дыхание расходуется только часть созданных веществ, остальные используются на рост — увеличение размеров самого растения и на образование листьев, цветков и плодов.
Из почвы растения получают воду и минеральные вещества в виде растворов. Вода через полупроницаемые клеточные оболочки медленно движется (со скоростью от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров в час) от растворов с меньшей концентрацией к растворам с большей концентрацией. Появляется так называемое корневое давление и сосущая сила кроны. Первое обеспечивает восходящий ток питательных веществ весной, когда еще не появились листья, вторая — когда деревья стоят облиственными. Сосущая сила крон очень велика, она обеспечивает поднятие воды и растворенных в ней веществ к листьям у таких гигантов растительного мира, как секвойя, некоторые виды эвкалиптов, на высоту более 100 м. Для поддержания высокой концентрации клеточного сока в листьях растение вынуждено испарять из своих тканей через устьица большое количество влаги. Это испарение получило название транспирации.
Вы знаете, как растет дерево? Рост его не похож на рост животных и некоторых однодольных растений. Все ветви остаются на той высоте, на которой они появились, и в высоту дерево увеличивается только в результате ежегодного появления нового главного побега. Увеличение толщины деревьев происходит еще более своеобразно. Если снять со ствола кору, то под ней можно обнаружить, особенно весной, в период сокодвижения, слой более мягких клеток. Это особая образовательная ткань, которая называется камбием.
В стеблях и корнях голосеменных и двудольных покрытосеменных растений благодаря деятельности камбия происходит рост по толщине. Эта удивительная «машина» — камбий — работает на два фронта: внутрь последовательно откладывает все новые и новые слои клеток, из которых образуется древесина, а наружу — клетки, из которых образуется луб. По мере увеличения толщины дерева отложенные ранее кольца становятся тесными. Они разрываются — образуется трещиноватая кора. Это уже мертвое образование, предохраняющее ствол и корни от неблагоприятных воздействий. Живая часть коры — луб — обеспечивает передвижение по растению органических веществ, созданных в листьях.
Откладывая древесину, камбий в разные периоды года образует различные клетки. Весной, когда по древесине поднимается обильный восходящий ток воды и растворенных в ней минеральных солей, необходимых для построения тканей листьев и цветков, образуются преимущественно проводящие ткани, состоящие из тонкостенных, с большими полостями клеток. Это сравнительно рыхлый весенний слой. Во второй половине лета и осенью откладываются преимущественно механические ткани, состоящие из толстостенных клеток. Различия в плотности, а иногда и в окраске, позволяют сравнительно легко выделять слои древесины, образовавшиеся за год. Есть, правда, несколько древесных растений, у которых годичные слои мало заметны (береза, осина, тополь). Аналогичные слои откладываются и наружу, но они имеют меньшую толщину и потому их трудно отграничить друг от друга. Кроме того, значительная часть отложенных вначале слоев теряется после отслаивания верхних пластинок коры.
Отложенные слои древесины, как и луба, живут недолго. Пока они еще живые, по ним проходит восходящий ток воды и минеральных веществ. После отмирания они служат хранилищем ненужных для жизнедеятельности растения веществ. Самая молодая, еще живая часть древесины, находящаяся непосредственно под корой, называется заболонью. В центре ствола находится мертвая древесина. Если окраска ее изменилась, она носит название ядра, а древесные породы — ядровых. У ряда древесных пород (ели, пихты, осины и др.) центральная часть ствола по цвету не отличается от заболони. Ее можно выделить только по меньшей влажности у свежесрубленного дерева. Такие древесные породы в разное время называли заболонными, породами со спелой древесиной, безъядровыми и т. п. У многих деревьев центральная часть стволов приобретает более темную окраску под влиянием деятельности грибов — образуется что-то похожее на ядро. Такое ядро называется ложным.
Таким образом, в процессе роста у дерева ежегодно появляется новое кольцо древесины. Срезав дерево у основания, мы насчитаем столько колец, сколько лет дереву. Подсчитав число колец на срезе, произведенном на любой высоте, можно определить, в каком возрасте дерево достигло этой высоты. Для этого достаточно из общего количества годичных колец у основания ствола вычесть количество колец, обнаруженных на срезе.
Годичные кольца в зависимости от возраста дерева и условий его жизни имеют различную толщину. Разглядывая годичные кольца на пне, любознательный человек может узнать: когда это дерево затеняли другие деревья и когда вершина его вышла из-под их полога, когда в этом районе была засуха, когда на дерево напали вредные насекомые и т. п. А более квалифицированный исследователь по годичным слоям может получить сведения о погоде, извержениях вулканов и о многих других процессах, данные о которых не сохранились в записях.
Увеличение дерева в размерах получило название прироста. Обычно прирост определяют по высоте, диаметру и объему и по их величинам судят об эффективности различных хозяйственных мероприятий. Вследствие малых размеров и некоторых колебаний по отдельным годам прирост чаще измеряют за 10 лет. Разделив измеренную величину прироста на 10, получают годичный прирост. Измерение прироста на срубленных деревьях — несложная работа. Прирост по диаметру получают при измерении диаметра дерева без коры и диаметра его 10 лет назад. Разница между этими измерениями и есть искомая величина. Для более точного определения диаметры измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях и выводят среднее. При измерении прироста по высоте путем нескольких разрезов находят место, где имеется 10 годичных слоев. Расстояние от этого места до верхушечной почки и есть прирост по высоте за 10 лет. Прирост по объему определяют путем вычислений.
У растущих деревьев определяют только прирост по диаметру с помощью специального приростного бурава. У этого бурава в середине пустота, в которой и остается цилиндрик древесины при извлечении бурава из ствола после ввинчивания. На этом цилиндрике отсчитывают 10 годичных колец, измеряют их толщину и полученный результат удваивают. Бурав, достигающий центра ствола, называется возрастным.
Остальные величины определяют путем математических расчетов. У живых деревьев диаметр и все, что к нему относится, измеряют на высоте груди стоящего человека (т. е. на высоте 1,3 м). Это и удобно (не нужно сгибаться), и более точно, так как в этом месте нет прикорневых наплывов — утолщений в местах отхода от ствола боковых корней.