_Транспирация

Транспирация — испарение воды растением.

Транспирация характерна не только для растений, но и для животных, ибо позволяет и тем, и другим регулировать температуру тела, спасая их от перегрева.

Завершающей частью водного обмена растений является транспирация, или испарение воды листьями, то есть верхний двигатель тока воды в растении. Это явление с физической стороны представляет собой процесс перехода воды в парообразное состояние и диффузию образовавшегося пара в окружающее пространство.

Схема транспирации
Схема транспирации

Транспирация выполняет в растении следующие основные функции:

  • это верхний двигатель тока воды,
  • это защита от перегрева,
  • это нормализация функционирования коллоидных систем клеток листа.

Транспирация характеризуется следующими показателями: интенсивностью, продуктивностью и коэффициентом.

Интенсивность транспирации - это количество воды, испаряемой растением с единицы листовой поверхности в единицу времени.

Сопротивление пограничного слоя зависит от ветра, при отсутствии ветра оно максимально, чем больше ветер, тем оно меньше.

Устьичное диффузионное сопротивление зависит от степени открытия устьиц.

Кутикулярное диффузионное сопротивление зависит от толщины кутикулярного слоя, чем она больше, тем больше сопротивление.

Продуктивность транспирации - это количество созданного сухого вещества на 1 кг транспирированной воды. В среднем эта величина равна 3 г/1 кг воды.

Транспирационный коэффициент показывает сколько воды растение затрачивает на построение единицы сухого вещества, т.е. этот показатель является величиной, обратной продуктивности транспирации и в среднем равен 300, т.е. на производство 1 тонны урожая затрачивается 300 тонн воды.

Очень важным моментом в процессе транспирации является действие абиотических факторов окружающей среды: влажности атмосферного воздуха и температуры воздуха.

Чем менее влажен атмосферный воздух, т.е. чем меньше его водный потенциал, тем интенсивнее будет идти транспирация.

При 100% влажности воздуха его водный потенциал равен нулю. Уже при снижении влажности воздуха на 1-2% его водный потенциал становится отрицательной величиной, а при снижении влажности воздуха до 50% показатель водного потенциала выражается отрицательной величиной порядка 2-3 сотен бар в зависимости от температуры воздуха.

При этом в клетках листьев показатель водного потенциала, как правило, выше нуля, поэтому диффундирование воды из межклетников в атмосферу наблюдается почти всегда.

Чем выше температура воздуха, тем выше будет и температура листа, при этом температура внутри клеток листа может быть на 10оС выше, чем в атмосфере. Происходит нагрев воды, находящейся в листе, что также способствует процессу испарения.

Регулировка транспирация происходит в растении по двум механизмам:

  • устьичная регуляция,
  • внеустьичная регуляция.

Наиболее существенной является устьичная регуляция, которая определяется как некоторыми физическими закономерностями, так и влиянием ряда факторов внешней среды и внутренней биохимией клеток листа.

С физической точки зрения основой испарения из устьица является физический механизм испарения с ограниченных поверхностей очень маленькой площади. При этом имеет значение величина снижения упругости водяного пара ( F- f) и расстояние (l), на протяжении которого поддерживается эта разница, которая определяет градиент дефицита насыщения.

Применительно к испарению с площади круга формула скорости испарения принимает вид

V = k R2,

где k — значение всех прочих факторов, определяющих скорость испарения, а R — радиус круга.

При испарении с малых поверхностей, когда доля участия краевого испарения значительна, формула видоизменяется в

V = k Rn,

где n — положительное число между 1 и 2, т.е.2 > n> 1. В случае малых площадей, таких как отверстие устьичной щели, n становится равным 1. Таким образом определяющим становится фактор k, т.е. суммарное значение факторов окружающей среды и суммарное количество устьиц на листе.

В устьичной транспирации ведущими факторами являются:

  • количество устьиц на единицу листовой поверхности,
  • форма листа (чем более причудлива форма листа, тем больше его площадь, а, значит, и количество устьиц),
  • наличие ионов К+ (чем выше концентрация, тем больший приток воды в замыкающие клетки устьица и тем шире устьичная щель),
  • наличие абсцизовой кислоты (чем выше концентрация этого гормона старения, тем меньше раскрытие устьица) (пример — мутант томата wilty),
  • концентрация углекислого газа в подустьичной полости (чем ниже концентрация, т.е. меньше 0,03%, находящихся в воздухе, тем больший приток воды в замыкающие клетки устьица и тем шире устьичная щель),
  • наличие солнечного света (на свету крахмал превращается в простые сахара, т.е. концентрация клеточного сока выше, поэтому наблюдается больший приток воды в замыкающие клетки устьица и раскрытие устьичной щели),
  • наличие и скорость ветра (непосредственно к испаряющей поверхности прилегает слой воздуха, в котором водяной пар постепенно испаряется далее в атмосферу, при этом в безветренную погоду скорость испарения выражается линейной зависимостью между дефицитом насыщения воздуха и расстоянием от испаряющей поверхности. Однако, при наличии ветра, который » сдувает» испаряющиеся молекулы воды, происходит увеличение дефицита насыщения воздуха. Возле поверхности листа сохраняется лишь небольшой ламинарный слой (dS), сохраняющийся и при сильном ветре, где можно наблюдать линейную зависимость дефицита насыщения от расстояния).

Внеустьичная транспирация определяется количеством и размерами межклеточных пор в кутикуле листа. Радиус клеточных пор очень мал, составляет около 100-200 Ао, т.е. около 0,00001мм, однако в листе имеющем много кутикулярных пор скорость испарения снижается достаточно значительно, иногда почти в два раза.

Различают три вида движения устьиц (закрытие и открытие устьиц):

  • фотоактивные (под действием солнечного света),
  • гидроактивные (при потере воды),
  • гидропассивные (при дожде из-за набухания клеток эпидермиса и сдавливания устьичных клеток).

Суточный ход транспирации у всех растений определяется максимальной транспирацией в утренние часы и минимальной — в полуденные. При этом весьма существенное значение имеют и такие факторы, как температура почвы и воздуха, влажность почвы и воздуха, интенсивность солнечного излучения, наличие ветра.

Сезонный ход транспирации у многолетних растений определяется фазами развития растения.

Водный баланс в растении.

Водный баланс в растении поддерживается тогда, когда скорость поглощения воды равна скорости ее испарения. Обычно водный баланс в растении меняется в течение суток, при этом он зависит от уровня агротехники при выращивании растений, т.е. от уровня орошения и удобрения. Несбалансированность поступления и испарения воды проявляется в наличии водного дефицита, который наблюдается, как правило, у растений днем и отсутствует ночью.

В практике сельского хозяйства используются приемы, снижающие водный дефицит у растений: Использование освежительных поливов, Использование антитранспирантов.

Антитранспиранты делятся на две разновидности:

  • вещества, вызывающие закрытие устьиц (абсцизовая кислота, фенилмеркурацетат),
  • вещества, образующие пленки на листьях (полиэтилен, латекс).

Вот информация о Транспирационных  коэффициентах некоторых культур:

Транспирационные  коэффициенты,  как  показали  наблюдения,  в  сотни  раз  превышают  вес  сухого  вещества  растения  и  колеблются  в  низких  пределах.

Таблица  1. Транспирационные  коэффициенты  различных  сельскохозяйственных  культур

Культура Транспирационный  коэффициент Культура Транспирационный  коэффициент
Пшеница 217—755 Горох 259—782
Подсолнечник 290—705 Картофель 167—659
Просо 162—447 Кукуруза 174—406
Гречиха 209—736 Сахарная  свекла 227—670

По  оценке  А.М.  Алпатьева,  транспирационные  коэффициенты  скорее  служат  показателями  пластичности  к  условиям  среды,  поэтому  полезны  и  необходимы,  особенно  при  изучении  влияния  агротехники  на  продуктивность  использования  растениями  ресурсов  влаги.

Таким  же  относительным  показателем  потребности  растений  во  влаге  может  служить  коэффициент  водопотребления,  представляющий  собой  частное  от  деления  всего  расхода  воды  (транспирация  +  испарение  с  почвы)  на  урожай  всей  органической  массы  или  основной  продукции  с  данного  поля.

Коэффициент  водопотребления  в  сильной  степени  зависит  от  применения  удобрений,  плодородия  почвы  и  урожайности.  Ниже  приводится  таблица  2,  показывающая  необходимое  количество  воды  для  формирования  урожая  на  плодородных  почвах  и  бедных  в  отношении  питательных  веществ.

Из  приведенной  таблицы  видно,  что  расход  воды  растениями  на  образование  урожая  колеблется  от  80  до  860  м3/тонну  продукции  и  при  увеличении  урожайности  снижается.

Таким  образом,  создавая  более  благоприятные  условия  роста  и  развития  растений,  т.е.  применяя  более  высокую  агротехнику,  мы  не  только  повышаем  урожай,  но  и  уменьшаем  расход  воды  растениями  на  образование  единицы  продукции.

Таблица  2. Количество  воды,  необходимое  для  получения  1  тонны  продукции

№  п/п Культуры Урожайность,  т/га Расход воды на тонну продукции, м3 при высоком плодородии Расход воды на тонну продукции, м3 при низком плодородии
1 Свекла 40—50 80 100
2 Морковь,  томаты 35—50 120 140
4 Лук  на  репку 25—30 130 160
5 Капуста  поздняя 30—40 160 210
6 Картофель 20—25 160 200
7 Люцерна  1  года 5—7 610 860
8 Люцерна  2  и  3  года 20—25 270 340
9 Пшеница  озимая 4—6 500 700

При  планировании  поливов  следует  учитывать,  что  расход  воды  с  гектара  увеличивается  при  увеличении  количеств  растений  на  гектар  и  увеличения  надземной  массы  растений;  при  понижении  влажности  воздуха,  увеличении  температуры  и  скорости  ветра;  при  ухудшении  условий  питания.

Необходимо  также  иметь  в  виду,  что  вода  при  орошении  не  только  понижает  температуру  листовой  поверхности  растений,  воздуха  и  почвы,  но  также  снижает  концентрацию  почвенного  раствора,  в  том  числе  вредных  солей  и  этим  улучшает  условия  роста  растений.

Приглашаю всех высказываться в Комментариях. Критику и обмен опытом одобряю и приветствую. В хороших комментариях сохраняю ссылку на сайт автора!

И не забывайте, пожалуйста, нажимать на кнопки социальных сетей, которые расположены под текстом каждой страницы сайта.
ТранспирацияПродолжение тут…

Deviz_11

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>

Проверка комментариев включена. Прежде чем Ваши комментарии будут опубликованы пройдет какое-то время.