Тема 2: водный баланс растений план

ТЕМА 2: ВОДНЫЙ БАЛАНС РАСТЕНИЙ
ПЛАН:


1. Водный режим растений
2. Вода в почве
3. Воднотранспортные процессы. Движение воды из почвы через растения в воздушную среду
4. Перенос воды в ксилеме
5. Физические свойства водного транспорта на поверхности ксилемы растений.


1. Водный режим растений
Жизнь в земной атмосфере отражает важные факторы для наземных растений. С одной стороны, атмосфера является источником углекислого газа, необходимого для фотосинтеза растений. Именно поэтому растения стремятся к атмосфере. С другой стороны, атмосфера относительно сухая, что может обезвоживать растения. Чтобы удовлетворить эти противоречивые потребности, поглотить как можно больше углекислого газа и свести к минимуму потерю воды, растения в процессе эволюционного развития испаряют воду через свои листья и замещают потерянную воду теми, которые обладают свойствами.
В этом разделе мы рассмотрим силы и механизмы, влияющие на движение водного транспорта на уровне растений и растительных сред. Перенос воды через ксилему происходит под влиянием внутренних градиентных давлений растений, так же как и в почве. Хотя процессы межклеточного переноса воды столь же сложны, как и у звездных растений, эти процессы регулируются градиентным потенциалом состояния воды во всей тканевой структуре.
В процессе водообмена водный транспорт находится в пассивном состоянии, при котором свободная емкость воды уменьшается. Хотя водный транспорт является пассивным, водный транспорт строго контролируется растениями с целью уменьшения потерь воды за счет управления процессами транспирации в атмосферу на низших уровнях растительного организма. Процесс переноса воды начнем с рассмотрения ее движения в почве.


2. Вода в почве
.Состав и движение воды в почве зависят от типа и состава почвы синхронно. В таблице 4.1 показаны резкие различия физических свойств разных типов почв. На разбросанном участке почвы можно обнаружить песок толщиной 1 мм. Однако, хотя этот слой составляет очень небольшую часть поверхности почвы, он важен для проницаемости каналов между слоями.
другом слое наблюдается глиняный карандаш толщиной 2 мм. Хотя этот слой занимает значительно большую площадь поверхности, но играет меньшую роль в каналах органической связи между слоями. Зернистость, образующаяся в результате смешивания с глинистым слоем почвы с использованием органических веществ, таких как перегной (вещество, образующееся при разложении органического вещества), значительно улучшает процессы циркуляции воды и аэрации воздуха в почве.
При орошении почвы сильным дождем или сильным течением воды собранная вода движется вниз по течению под действием силы тяжести, а определенная часть удерживается между слоями за счет воздуха между этими каналами, может прилипать к поверхностям или скапливаться в межслоевые пространства.
В песчаных грунтах довольно велики межслоевые щели, через которые вода может протекать, а вода в почве может удерживаться только в том случае, если она прилипает к поверхностям слоев. В глинистых грунтах русла немногочисленны и вода не образует свободных потоков, а находится в слегка сжатом состоянии (см. тему 4.1). Водоудерживающие почвы являются источниками удержания влаги. Эти источники сохраняют необходимую влажность при увлажнении почвы водой и позволяют свободно стекать лишней воде. Почвы с большим количеством глины или гумуса удерживают большое количество влаги. После нескольких дней насыщения эти слои удерживают до 40% воды. Песчаные слои, с другой стороны, удерживают только 3% воды после нескольких дней насыщения.
В следующих разделах мы рассмотрим, как вода, необходимая для растений, поглощается через корни, движение воды в почве и как противодавление воды в почве изменяет водный режим почвы.
Встречное гидростатическое давление грунтовых вод снижает водный режим почвы.
Как и водный потенциал растений, водный потенциал почвы основан на двух основных элементах: осмотическом и гидростатическом давлениях. Осмотическое давление воды в почве (участок 3) практически очень низкое, в зависимости от количества растворенного вещества оно может достигать 0,02 МПа. В зависимости от количества солей в нем давление в грунте составляет 0,2 МПа и менее.
Следующим фактором водного режима почвы является гидростатическое давление ( Yp ) (рис. 4.1). Во влажных почвах значение Yp близко к нулю. В результате высыхания почвы индекс Yp снижается, а в ряде случаев может опускаться до противоположного уровня индекса. Возникает вопрос, как появляется обратное давление воды в грунте?
Мы обсуждали капиллярное явление в разделе 3. Вода имеет высокую поверхностную вязкость, что позволяет свести к минимуму связь воздух-вода. В результате высыхания почвы вода сначала отделяется от больших частей почвы. Под действием сил сцепления в мелких участках почвы задерживается вода, а на большей части поверхности почвы возникают водно-воздушные поверхности (рис. 4.2).
В результате уменьшения количества воды в почве вода перемещается в сторону полых частей почвы. Воздушно-водяная поверхность образуется в результате взаимодействия воздушно-водяных частей.
обратного напора воды между этими поверхностными слоями усиливается. Его можно оценить по следующей формуле.
Показатель Yp подземных вод напрямую связан с площадью поверхности воды в воздушном слое и может быть очень мал в сухих грунтах или наоборот. Например, если удерживающая поверхность воды (r) равна 1 мм, ее противодавление Yp = - 0,15 МПа, в результате оно может изменяться от -1 МПа до -2 МПа.
Почвоведы объясняют водный режим почвы потенциалом воды в почве (Jenson et al., 1998). Для изучения потенциального и теоретического соотношения водного режима рассмотрим тему 3.3.
Вода проходит через слои почвы.
Вода движется под действием градиентного давления, создавая направления течения между слоями почвы. Кроме того, диффузия водяного пара также является движением воды. Поскольку растения поглощают воду из почвы, обезвоживание происходит в частях почвы, близких к корням растений. Это обезвоживание снижает индекс Yp почвы вокруг корней и создает градиент давления между соседними участками почвы с высоким Yp. За счет пополняемой воды между почвенными пустотами возникает органическая связь, и по этим каналам под действием градиентного давления вода в виде струи движется к поверхностям корней.
Скорость движения воды в грунте зависит от двух факторов: показателя градиента давления и гидропроводности грунта. Влагопроницаемость почвы является показателем ее объема, который зависит от движения воды через почву и изменяется в зависимости от состава почвы и воды. Песчаные грунты обладают высокой гидравлической проницаемостью за счет способности мелких частиц образовывать большие пустоты, тогда как глинистые грунты обладают значительно меньшей гидравлической проницаемостью из-за малых зазоров между частицами.
При изменении состава воды в почве сразу же снижается ее гидравлическая проницаемость. (см. тему 4.2). Снижение этого показателя связано в первую очередь с обменом воды с воздухом между слоями. Движение воды в результате обмена воздуха с ранее собранной водой между слоями ограничено сетью каналов. По мере увеличения обмена каналов проницаемости почвы с воздухом вода начинает двигаться по более тонким каналам, а свойство гидравлической проницаемости также снижается.
В очень сухих почвах водный потенциал ( Yw ) может уменьшаться. Это привело к постоянной засухе. В это время растения перестают расти из-за отсутствия водного потенциала. Это означает, что водный потенциал (Yw) меньше или равен осмотическому потенциалу (YS) растений. Осмотическое давление растительной клетки зависит от вида растения, и постоянный водный обмен не является уникальной особенностью почвы. Этот процесс также напрямую связан с видами растений и другими факторами.