Когда мир засыпает: Тайная жизнь природы под снегом

Тёплая земля под холодным небом: микроклимат и жизнь почвы

В морозный день дорожка в парке хрустит под ногами, воздух щиплет лицо, а на открытом месте земля кажется такой же неподвижной и холодной, как камень. Но стоит отойти всего на несколько шагов — к кусту, где лежит снег, — и зимняя картина меняется. Под устойчивым снежным слоем почва может оказаться заметно теплее, чем на продуваемом участке. Не потому, что снег греет, словно печь, а потому, что он задерживает уход тепла из земли.

Это легко проверить одним зимним утром. Допустим, термометр в тени на высоте человеческого роста показывает −11 °C. На открытом участке поверхность почвы может остыть до −8 °C, а на глубине пяти сантиметров — до −3,5 °C. Под кустом, где набралось семь сантиметров снега, на той же глубине может быть около −1 °C. Под рыхлой подстилкой из листьев — чуть ниже или выше этой отметки: многое зависит от влажности, плотности листьев и того, сколько снега лежит поверх них.

Это не универсальные значения и не обещание, что под снегом всегда тепло. Это пример того, насколько разными могут быть три точки в одном дворе. Зимнюю погоду мы привыкли измерять показаниями воздушного термометра, но для обитателей почвы важна не просто температура воздуха. Им приходится жить в микроклимате конкретного места — под корой, среди листьев, в порах земли, под слоем снега разной толщины.

Три точки одного зимнего участка

Представим небольшой сад или опушку. В пределах нескольких метров выберем три места:

1. Открытый участок, где снег выдувает ветром или он лежит тонким слоем.

2. Зону под кустом, где снег задерживается, хотя бывает и наоборот: ветви перехватывают снег, а под кроной его оказывается меньше.

3. Почву под слоем листьев, не убирая подстилку и не обнажая землю.

У каждой точки свой зимний климат. В первой почва быстрее теряет тепло и сильнее реагирует на резкие перепады. Вторая может быть защищена снегом, но только если снег действительно там накапливается. Третья получает укрытие из листьев: они задерживают ветер, уменьшают резкие колебания температуры и создают убежище для множества мелких организмов. Однако мокрые листья, слежавшиеся в плотный пласт, ведут себя не так, как сухая рыхлая подстилка. И слой листьев не отменяет промерзания, а лишь меняет его ход.

Важно различать три температуры. Температура воздуха — это показание термометра, размещённого в тени и защищённого от прямого солнца, обычно на высоте примерно полутора метров. Температура поверхности относится к тому, что непосредственно соприкасается с воздухом: снегу, листьям или открытой земле. Температура почвы измеряется на определённой глубине. Она меняется медленнее, чем температура воздуха, потому что земля обладает теплоёмкостью и не успевает мгновенно откликнуться на каждую оттепель или ночной мороз.

Имеет значение даже то, чем измеряют поверхность. Бесконтактный инфракрасный термометр показывает температуру внешнего слоя, на который направлен прибор, — например, снега. Он не расскажет, что происходит под этим снегом. Для почвы нужен почвенный термометр или датчик, помещённый на известную глубину. А если в журнале записана только температура воздуха, это важное наблюдение, но не описание условий, в которых зимуют корни и почвенные организмы.

Снег не греет, но меняет теплообмен

В рыхлом снегу много воздуха, заключённого между кристаллами. Воздух плохо проводит тепло, поэтому снежный покров замедляет его потерю из почвы. Земля под снегом остывает постепенно, а её температура колеблется не так резко, как на открытом месте. В этом смысле снег похож не на обогреватель, а на одеяло: он не создаёт тепло, но мешает ему быстро уходить.

Отсюда и зимний парадокс: в особенно морозную ночь открытая земля может промёрзнуть глубже, чем почва под снегом. Но в солнечный день снег, напротив, способен сохранить землю холодной: его светлая поверхность отражает значительную часть солнечного света, и почва под ним получает меньше прямого нагрева. Открытая тёмная земля весной может прогреться быстрее, если она не покрыта снегом и не затенена. Один и тот же покров в разных погодных условиях действует по-разному.

Важны глубина и строение снега. Толстый рыхлый слой обычно лучше сглаживает колебания температуры, чем тонкий. Слежавшийся, влажный снег проводит тепло иначе, чем сухой и воздушный. Ледяная корка может ограничивать воздухообмен между почвой и атмосферой; при переувлажнении и плотном снежном покрове газообмен иногда становится особенно важным для подстилающей среды. Но и здесь не нужно делать общий вывод по одному признаку: значение имеют длительность снежного периода, влажность, температура и состояние почвы.

Куст добавляет ещё несколько переменных. Его ветви задерживают снег, но могут и перехватывать его до того, как он опустится на землю. С подветренной стороны образуются наносы, а рядом с ними — почти оголённые пятна. Крона меняет освещённость и защищает от ветра; корни самого куста поглощают воду и используют пространство. Поэтому наблюдение «под кустом» не означает автоматически «теплее». Это означает: здесь есть особый микроклимат, который стоит измерить.

Под снегом, листьями и в самой почве

Рельеф тоже работает как невидимый архитектор зимы. В ложбинах может скапливаться снег, но туда же стекает вода. В тихих понижениях иногда задерживается холодный воздух. На склонах снег сдувает или сносит, а ориентация к солнцу меняет темп оттаивания. Пара метров разницы по высоте или направлению склона способны создать разные условия для корней и мелких животных.

Не меньше значит сама почва. Песчаная земля обычно быстрее пропускает воду и иначе удерживает тепло и влагу, чем плотная глинистая. Влажная почва обладает большой теплоёмкостью: на её охлаждение требуется больше энергии, чем на охлаждение сухой. Но вода может свободно проводить тепло, а при замерзании меняется структура пор. В насыщенной влагой земле меньше воздушных промежутков и хуже газообмен. Сухая рыхлая почва, напротив, может содержать больше воздуха в порах, но хуже снабжать влагой корни и почвенных обитателей. Здесь нет одной формулы «влажно — значит теплее» или «сухо — значит холоднее». Важны и количество воды, и её распределение, и состав грунта.

У листового опада своя работа. Сухие листья задерживают движение воздуха у поверхности земли, уменьшают резкие перепады температуры и становятся убежищем для клещей, ногохвосток, личинок насекомых и других беспозвоночных. Если подстилка остаётся рыхлой, в ней сохраняются поры и укрытия. Если же она пропиталась водой и слежалась, условия будут другими. Листья не просто «укутывают» землю — они превращаются в слой обитания, где укрытие, пища и влажность тесно связаны.

Жизнь почвы зимой не исчезает, но её темп обычно замедляется. Движение многих беспозвоночных сокращается; часть организмов пережидает холод в защищённых стадиях, часть перемещается глубже или выбирает укрытия в подстилке и под корой. Микроорганизмы продолжают разлагать органические остатки там, где сохраняются подходящие температура и доступная влага. Их работа может стать медленной и неравномерной: в одном микроскопическом участке ещё есть жидкая вода и доступное органическое вещество, а в соседнем поры уже замёрзли.

Корни тоже не выключаются по общему расписанию. При сильном промерзании их активность ограничена; в незамёрзшей или слабо промёрзшей почве часть корней может продолжать дышать, а некоторые растения способны сохранять зимнюю активность корневой системы. Но это не означает, что корни зимой работают так же, как летом. Замёрзшая почва затрудняет поглощение воды, а надземные части в ветреную погоду могут продолжать терять влагу. Для растения мороз — не только вопрос температуры, но и вопрос доступной воды, глубины промерзания и длительности холодного периода.

Мини-профиль микроклимата: наблюдать, не тревожа почву

Сравнение трёх точек можно превратить в простое полевое упражнение. Его цель — не получить единственное «правильное» число, а увидеть, как условия меняются от места к месту и от недели к неделе.

1. Выберите точки. Найдите открытое место, участок под кустом и участок с листовой подстилкой. По возможности расположите их недалеко друг от друга, чтобы сравнивать один и тот же эпизод погоды, но не вплотную к стволам и корневым шейкам. Не убирайте снег или листья ради красивого измерения.

2. Запишите покров. На каждой точке отметьте, что лежит на поверхности: голая земля, снег, листья, смешанный слой. Глубину снега измеряйте вертикальной линейкой рядом с выбранной точкой, не наступая на сам участок и не уплотняя покров. Если под кустом снег лежит неравномерно, запишите это, а не усредняйте впечатление до слова «есть».

3. Разведите измерения. Воздушную температуру измерьте отдельно — в тени, на высоте около полутора метров. Для почвы особенно полезны показания на малой глубине и примерно на 10 сантиметрах: например, на 2–3 и 10 сантиметрах. Сравнивайте одинаковые глубины и по возможности пользуйтесь одним и тем же прибором. Дайте датчику время стабилизироваться.

4. Отметьте влажность и состояние грунта. Не нужно выкапывать образцы или снимать подстилку. Запишите, выглядит ли место переувлажнённым, есть ли на поверхности вода после оттепели, насколько плотно слежались листья, образовалась ли корка. Если используется электронный датчик влажности, помните, что замёрзшая почва может давать ненадёжные показания. Полезно сопоставлять их с наблюдениями, сделанными осенью, когда грунт ещё не промёрз.

5. Повторите наблюдение. Вернитесь после сильного мороза, снегопада или оттепели — желательно примерно в одно и то же время суток. Одно измерение показывает момент, повторные — движение температуры и влияние покрова.

Для аккуратной работы лучше установить почвенные датчики заранее, осенью, и оставить их на одном месте. Если такого оборудования нет, используйте тонкий почвенный термометр и не давите на него силой: при неожиданном сопротивлении остановитесь и выберите соседнюю точку. Не копайте, не отгребайте листья и не прокладывайте тропу через участок наблюдения. Повторное протыкание земли в одном и том же месте тоже меняет структуру покрова и может повредить мелкие корни. Бережное правило простое: измерять настолько мало, насколько позволяет задача.

Пример записи может выглядеть так:

Точка

Снежный или растительный покров

Температура почвы на глубине 5 см

Влажность и примечания

Открытый участок

Снег почти отсутствует

−3,5 °C

Ветер, тонкая ледяная корка

Под кустом

Около 7 см снега

−1 °C

Снег рыхлый, глубина меняется

Под листьями

Рыхлый слой листьев, местами снег

−1,8 °C

Подстилка влажная, но не затоплена

Это не норматив и не прогноз для любого сада. Если на следующий день цифры окажутся другими, наблюдение не станет бесполезным. Напротив, разница между днями поможет понять, насколько быстро каждый участок реагирует на мороз, снегопад или оттепель.

Маленькая разница — разные зимние условия

Под землёй нет единой «тёплой зоны», в которой всё живое пережидает мороз одинаково. Есть множество небольших мест: поры под комком почвы, слой рыхлой подстилки, участок под корнем, граница снега и земли. Их температура, влажность и доступ воздуха могут отличаться даже на расстоянии ладони. Для беспозвоночного это не отвлечённая разница в градусах, а выбор между более защищённым убежищем и открытой поверхностью. Для корня — сочетание промерзания и доступной воды. Для микроорганизмов — возможность продолжать медленную работу или необходимость ждать оттепели.

Поэтому, глядя на зимний участок, полезно не спрашивать только: «Насколько сегодня холодно?» Лучше спросить: «Где именно холодно, на какой глубине, под каким покровом и как долго?» Ответ редко бывает одинаковым для всего сада. Зато его можно находить терпеливо: сравнивая три точки, отмечая снег, листья и влажность, возвращаясь после перемены погоды.

Земля под холодным небом не просто ждёт весны. Она меняется медленно, по собственным меркам, и каждое укрытие — снежное, листовое или созданное рельефом — немного меняет условия этой жизни. А чтобы понять, как растения проводят зиму, нужно теперь взглянуть ближе: на корни, семена и побеги, которые пережидают холод каждый по-своему.

Растения в режиме ожидания: корни, семена и зимующие побеги

На зимней поляне легко решить, что жизнь здесь закончилась. Трава пригнулась и побурела, цветы исчезли, кусты стоят голыми, а на снегу — только следы птиц и тонкая тень от ветвей. Но стоит наклониться к прошлогоднему стеблю, и картина меняется: на нём сидят тугие почки, у самой земли прячется коронка многолетника, а под сухими листьями лежат семена, которым ещё предстоит выбрать момент для начала жизни.

Зимний ландшафт похож не на выключенную комнату, а на дом, где разные обитатели пережидают непогоду в разных укрытиях. Одни остаются над снегом — в почках и защищённых тканях ветвей. Другие укрываются в почве корнями, корневищами или луковицами. Третьи оставляют на зиму только семена. Их стратегии различны, потому что и опасности неодинаковы: мороз может повредить клетки, сухой ветер — лишить растение воды, а оттепель смениться коркой льда и новым резким похолоданием.

Как пережить мороз и не потерять воду

Замерзание — не просто холод, который можно «перетерпеть». Когда вода превращается в лёд, она вытягивает влагу из окружающих тканей. Если лёд образуется внутри клетки, он способен разрушить её структуры. Многие холодостойкие растения приспосабливаются так, чтобы лёд возникал преимущественно между клетками, а не внутри них. При этом клетки постепенно теряют часть воды, но их мембраны и внутренние вещества меняются так, чтобы выдержать это обезвоживание.

Осенью в тканях накапливаются растворимые сахара и другие вещества, помогающие стабилизировать клетки. Рост замедляется, побеги вызревают, нежные зелёные ткани сменяются более защищёнными. Эта подготовка не происходит в один день: её запускают сокращение светового дня, понижение температуры и особенности самого растения. Поэтому ранний мороз после тёплой осени может оказаться опаснее устойчивого холода, к которому растение успело приспособиться.

Зимой растения не становятся абсолютно неподвижными. В живых тканях продолжаются медленные процессы обмена веществ и дыхания. В солнечный оттепельный день вечнозелёная хвоя может использовать свет, если позволяют температура и доступность воды. Но корни в мёрзлой почве почти не могут восполнять потерю влаги, и яркое зимнее солнце вместе с ветром способно иссушать листья. Для растения зимняя проблема — не только холод, но и вода, которая есть вокруг в виде льда, но недоступна для корней.

Снежный покров часто помогает: он смягчает перепады температуры у поверхности почвы и прикрывает низкие побеги. Однако защита зависит от места. На открытом, продуваемом участке снег сдувает; в низине он может задерживаться и становиться плотным. Ледяная корка после оттепели давит на стебли, ломает их, а при повторных переходах через ноль растениям приходится снова и снова приспосабливаться к меняющимся условиям. Зимнее укрытие не бывает одинаковым для всей поляны.

Портрет первый: многолетник, который остаётся у земли

Представим золотарник на опушке. Летом его высокий стебель держит метёлки жёлтых соцветий; осенью они превращаются в лёгкие семянки, разлетающиеся с ветром. Зимой стебель темнеет и теряет большую часть прежней выразительности. Но у самого основания, рядом с почвой, сохраняются почки возобновления, а под землёй — корневище.

Корневище — не просто корень, а видоизменённый подземный побег с узлами и почками. В нём могут храниться запасы, которые пригодятся весной, когда надземный рост начнётся быстрее, чем корни смогут снабдить его всем необходимым. У других многолетников зимующей частью бывает луковица, клубень, утолщённый корень или плотная коронка у поверхности почвы. Весной из этих участков возникают новые побеги.

Такая стратегия выгодна: растению не нужно сохранять всю высокую летнюю конструкцию. Надземные части могут отмереть, тогда как важные для будущего роста ткани остаются в более устойчивой среде. Почва и снег смягчают температурные скачки, хотя не гарантируют полной защиты. В бесснежную зиму холод может проникать глубже; при чередовании замерзания и оттаивания неглубоко расположенные органы иногда приподнимаются из почвы. Эту опасность называют морозным выпиранием: расширяющаяся при замерзании вода смещает грунт и может оголить корни или почки.

Не всякий сухой стебель следует считать бесполезным. Он может удерживать снег вокруг основания, сохранять семена или служить укрытием для мелких животных. Но сухая верхушка сама по себе не доказывает, что растение живо: важнее понять, остались ли целыми его подземные органы и почки возобновления. Выкапывать их ради проверки не нужно — такая проверка нередко повреждает именно то, что хочется увидеть.

Портрет второй: дерево, которое заранее приготовило весну

На ветке берёзы или клёна зимой заметны небольшие почки. Внутри многих из них уже заключены зачатки будущих листьев, а иногда и соцветий: дерево подготовило часть следующего сезона ещё до того, как сбросило листву. Почки защищены плотными чешуями; у некоторых видов их поверхность покрыта волосками или смолистым слоем. Вокруг почек остаются следы прошлых листьев — небольшие рубцы, по которым можно читать историю ветви.

Почки — не одинаковые «капсулы ожидания». Одни дают листья и побеги, другие — цветки или соцветия, а у некоторых деревьев одна почка может содержать сразу несколько будущих частей. Если приглядеться через лупу, можно сравнить форму, размер и расположение почек на разных ветках. Даже у одного дерева верхушечная почка на побеге нередко отличается от боковых.

Для многих растений умеренного климата важен внутренний период покоя. Пока он не завершён, одной короткой оттепели недостаточно, чтобы почка раскрылась: дерево как будто удерживает весну изнутри. После необходимого периода холода почка может быть готова к росту, но всё ещё сдерживается внешней температурой. Поэтому распускание зависит не от одного тёплого дня, а от сочетания внутренних особенностей растения и погоды. У разных видов это устроено по-разному, так что единого календаря пробуждения для всех деревьев нет.

Почки над снегом остаются уязвимыми для ветра, обледенения и резких перепадов температур. Однако ветви тоже заранее проходят холодовую закалку. В течение зимы опасны долгие оттепели, после которых наступает сильный мороз: потепление может снизить часть приобретённой устойчивости, а возвращение холода застать ткани врасплох. И всё же дерево не держит в каждой почке готовый полноценный лист, который просто ждёт команды. Это живые ткани, чьё развитие приостановлено и приспособлено к сезонным условиям.

У лиственных деревьев есть и другая уязвимость: без листьев они меньше теряют воду через поверхность, но тонкие веточки всё ещё могут подсыхать. У вечнозелёных растений задача сложнее: их листья или хвоя остаются на свету всю зиму, и растение должно ограничивать потери воды, пока мёрзлая почва затрудняет её поглощение. Если зимой вам встретится хвойная ветка с побуревшими иголками, причина не обязательно в том, что дерево «замёрзло»: иногда это результат зимнего иссушения, повреждения ветром или сочетания нескольких факторов.

Портрет третий: растение, оставившее после себя семя

На открытом месте летняя однолетняя трава может исчезнуть полностью. Её стебель отмер, листья разложились, а продолжение рода осталось в виде семян. Одни семена лежат на поверхности почвы, другие попали под опавшие листья или были унесены в небольшое углубление. Их размер, оболочка и глубина залегания влияют на то, насколько сильно они испытывают мороз, пересыхание, переувлажнение и нападение животных.

Многие семена переносят высыхание и холод в состоянии сильного замедления обмена веществ. Но это не универсальное правило: есть семена, которым длительное высыхание вредно, а некоторым необходимо прорасти вскоре после созревания. Поэтому нельзя считать каждое семя крошечной морозостойкой капсулой.

У части растений семена имеют покой, который снимается лишь после определённой последовательности условий. Некоторым помогает продолжительное влажное охлаждение — процесс, который называют холодной стратификацией. В природе это может означать, что семя переживает влажную осень и зиму в почве, а прорастает весной. Другие семена не нуждаются в таком периоде: их запуску достаточно света, тепла и влаги. Бывает и так, что семена одного вида всходят не все одновременно. Это своеобразная страховка: если один сезон окажется неудачным, часть семян останется в почве и попробует снова позднее.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.