Как древесные растения испаряют воду

Транспирация воды лесом

Часть влаги, просочившейся в почву, расходуется самим лесом на физиологическое испарение деревьями воды, поступающей из почвы через корневую систему и ствол в листву. Расход солнечной энергии на растительную транспирацию составляет приблизительно в 50 раз большую величину, чем на ассимиляцию и органический синтез. Транспирация составляет очень важный, но мало изученный вопрос физиологии леса.

Под транспирационною способностью следует понимать условную величину, показывающую испарение воды растением. При сравнении различных пород по этой способности, устанавливается отношение между потерей воды испытуемой породой и потерей воды породой, принятой для сравнения. Хвойные породы обладают значительно меньшей транспирационной способностью, нежели лиственные, и гораздо меньшей изменчивостью этой способности у отдельных видов. Новейшие исследования над срезанными листьями лиственных и хвойных пород (Л. А. Иванов, 1939) показали значительную изменчивость транспирационной способности лиственных пород, наибольшая величина которой превышает наименьшую в 10 раз.

Между величиной транспирационной способности и засухоустойчивостью, как оказалось, нет заметной связи. Засухоустойчивость степных древесных пород достигается не уменьшенным расходом воды на транспирацию, а большею частью их глубокою корневой системою, позволяющей потреблять воду из глубоких слоев почвы; таковы дуб, ильмовые, белая акация, клён, яблоня, груша, шелковица и др.

Чем светолюбивее порода, тем больше она испаряет влаги, и этот параллелизм связан со световым строением листа; например, лиственница с очень прозрачной кроной испаряет воду более энергично, чем густо облиственные породы. Кроме того, при недостатке влаги светолюбивые породы менее способны сокращать испарение воды, чем теневыносливые. Так, водные отношения древесных пород тесно связываются со световыми, световые — с их анатомическими особенностями.

Об абсолютных размерах транспирируемой лесом воды мы не имеем данных, отвечающих природным условиям роста леса. Для характеристики потребления воды деревьями обычно пользуются данными исследований, произведённых над испарением 5 — 6-летних деревьев в вегетационных сосудах. Если количество воды, испарившейся в среднем за один вегетационный период для образования 100 кг воздушно сухой листвы у берёзы принять за 100 единиц, то для ясеня и осины количество испарившейся влаги составит также 100; для бука, липы и граба 85 — 90, ильмовых 80, дуба и клёна остролистного 60 — 70. Хвойные же породы испаряют значительно меньше влаги: ель 15 — 20, сосна 10 и пихта лишь 7 — 8 вышеуказанных единиц. Относительную величину испарения древесными породами можно установить, перечислив количества испаряемой отдельными породами воды на 1 кг воды, содержащейся в листьях. При этом оказывается, что берёза испаряет в 25 раз больше, ясень в 15 раз, дуб в 13 раз, клён остролистный в 9 раз больше воды, нежели её содержалось в листве. Таким образом, у лиственных пород наибольшей экономией испарения отличается листва дуба, ясеня и клёна остролистного; эти породы и являются основными в степном лесоразведении.

Хвойные породы обладают наибольшей экономностью испарения: ель, сосна и пихта европейская испаряют воды лишь в 4 — 7 раз больше, чем её содержится в хвое. Следовательно, хвойные породы расходуют на растительную транспирацию приблизительно в 8 — 10 раз меньше воды, нежели лиственные. Новейшие исследования (Л. А. Иванов, 1946) показали, что различия отдельных пород в транспирации (так же, как и в фотосинтезе) в лесу не имеют решающего значения, если иметь в виду общее количество воды, испаряемой всем насаждением.

Исследования в природе (1928 — 1934 гг.) показали, что дубовый лес в лесостепи Харьковской области испаряет в сутки в среднем за вегетационный период (с мая по октябрь) 3,72 мм, с колебаниями в отдельные годы от 2,88 до 4,22 мм в сутки. В степных условиях Сталинской области (Велико-Анадольское лесничество) среднесуточный расход влаги был меньше (3,45 мм), но и этот транспирационный расход воды лесом был больше, нежели в поле (на 17%).

На общую сумму расхода влаги в лесу в целом оказывают влияние размер неиспользованной влаги в почве к концу предшествующего вегетационного периода (на 1 октября) и метеорологические условия предшествующих зимы и осени. Таким образом увеличенное или уменьшенное количество осадков в данном гидрологическом году заметно скажется на расходе воды лесом лишь в следующем году. Эта особенность существенно отличает лес от поля, где колебания в запасах влаги в почве резко сказываются на урожае того же года.

После срубки насаждения на лесосеках начинается накопление влаги в верхних слоях почвы: нижняя граница промокания углубляется, и «мёртвый горизонт» в степной почве может совершенно исчезнуть. К переносящим недостаток влаги и успешно растущим на очень сухих почвах относится целый ряд пород, в том числе белая акация, песчаная акация, шелковица, гледичия, ясень пенсильванский, фисташка, саксаул, тамариск, лох, джузгун, чингил. Сосна может расти как на очень увлажнённых почвах, так и на сухих песках и каменистых почвах. Тополи и ивы могут успешно расти в условиях значительного увлажнения и переносят длительное затопление (плавни).

Самоизреживание насаждений тесно связано с транспирацией воды деревьями. При недостатке влаги прирост древесины уменьшается. Если вырубить часть деревьев в насаждении, то в растущих деревьях содержание влаги повысится. При чрезмерном же прореживании насаждения увеличивается поверхностный сток воды, разрастается богатый травянистый покров, и запас влаги в почве может оказаться меньшим, чем до прореживания.

Транспирация воды лесами, вместе с задержанием осадков пологом лесов, имеет крупное значение в усилении влагооборота европейской равнины СССР. Питание этой равнины влагой происходит за счёт водяных паров океанических воздушных течений, для которых входными воротами являются шведско-германская низменность с Ютландией, Зундами и Балтийским морем, северо-западный край от южной Подолии и, наконец, широкая полоса хвойных и смешанных хвойно-лиственных лесов средней полосы европейской части СССР. Отсюда эта океаническая влага несётся северо-западными и западными ветрами через центральные районы в наши степи. Годовое количество влаги, приносимой этими океаническими воздушными течениями, составляет 209 мм. Лесные массивы затрудняют прямой сток этих выпадающих атмосферных осадков, перехватывают их на пологе и вместе с водой, просочившейся в почву и транспирируемой лесом, возвращают обратно в атмосферу. Из атмосферы, продвигаясь в виде водяных паров к югу, вода снова выпадает в виде континентальных осадков, годовое количество которых составляет в среднем по европейской части СССР уже 484 мм. Коэффициент стока является показателем этого явления: чем он меньше, тем больше оборот влаги из океанической в континентальную. Таким образом, океаническая влага, достигающая европейской равнины СССР и пополняемая испарениями лесов, выпадает на своём пути два-три раза, что имеет крупнейшее агрономическое значение. В этом усилении влагооборота заключается огромная народнохозяйственная роль лесов.

Источник

Как дерево впитывает и использует воду — 2021

«Ил-2 Штурмовик» нового поколения — «Битва за Сталинград» и «Битва за Москву» #13

Вода в основном проникает в дерево через корни посредством осмоса, и любые растворенные минеральные питательные вещества будут перемещаться с ней вверх через ксилему внутренней коры (используя капиллярное действие) в листья. Эти бегущие питательные вещества затем питают дерево в процессе фотосинтеза листьев. Это процесс, который преобразует световую энергию, обычно от Солнца, в химическую энергию, которая впоследствии может высвобождаться для подпитки деятельности организмов, включая рост.

Деревья снабжают листья водой из-за снижения гидростатического или водяного давления в верхних, листоносных частях, называемых кронами или навесами. Эта разница гидростатического давления «поднимает» воду к листьям. Девяносто процентов воды дерева в конечном итоге рассеивается и высвобождается из устьиц листьев.

Эта стома является отверстием или порой, которая используется для газообмена. Они в основном встречаются на нижней поверхности листьев растений. Воздух также попадает на завод через эти отверстия. Углекислый газ из воздуха, поступающего в стому, используется при фотосинтезе. Часть произведенного кислорода используется для дыхания посредством испарения в атмосферу. Эта полезная потеря воды от растений называется транспирацией.

Объемы использования водных деревьев

Полностью выросшее дерево может потерять несколько сотен галлонов воды через листья в жаркий и сухой день.В мокрые, холодные, зимние дни одно и то же дерево почти не теряет воды, поэтому потеря воды напрямую связана с температурой и влажностью. Другой способ сказать, что почти вся вода, попадающая в корни дерева, теряется в атмосфере, но оставшиеся 10% сохраняют живую систему деревьев здоровой и поддерживают рост.

Испарение воды из верхних частей деревьев, особенно листьев, а также стеблей, цветов и корней, может увеличить потери воды на деревьях. Некоторые виды деревьев более эффективны в управлении скоростью потери воды и, как правило, встречаются в естественных условиях на более сухих участках.

Объемы использования водных деревьев

Среднее созревающее дерево в оптимальных условиях может транспортировать до 10 000 галлонов воды только для того, чтобы захватить около 1000 полезных галлонов для производства продуктов питания и добавления к его биомассе. Это называется коэффициентом транспирации, отношением массы переносимой воды к массе производимого сухого вещества.

В зависимости от эффективности растения или вида деревьев, для получения одного фунта сухого вещества может потребоваться всего лишь от 200 фунтов (24 галлона) воды до 1000 фунтов (120 галлонов). Один акр лесной земли в течение вегетационного периода может добавить 4 тонны биомассы, но для этого нужно 4000 тонн воды.

Осмос и гидростатическое давление

Корни используют преимущества «давления», когда вода и ее решения неравны. Ключ, который нужно помнить об осмосе, заключается в том, что вода вытекает из раствора с более низкой концентрацией растворенного вещества (почва) в раствор с более высокой концентрацией растворенного вещества (корень).

Вода имеет тенденцию перемещаться в области отрицательных градиентов гидростатического давления. Поглощение воды осмосом корня растения создает более отрицательный потенциал гидростатического давления вблизи поверхности корня. Корни деревьев ощущают воду (меньший отрицательный водный потенциал), а рост направлен на воду (гидротропизм).

Транспирация запускает шоу

Транспирация — это испарение воды с деревьев в атмосферу Земли. Транспирация листьев происходит через поры, называемые устьицами, и при необходимой «стоимости» вытесняет значительную часть своей ценной воды в атмосферу. Эти устьицы разработаны, чтобы позволить газу углекислого газа обмениваться из воздуха, чтобы помочь в фотосинтезе, который затем создает топливо для роста.

Нам нужно помнить, что транспирация охлаждает деревья и каждый организм вокруг них. Транспирация также помогает вызвать тот огромный поток минеральных питательных веществ и воды от корней к побегам, который вызван снижением гидростатического (водяного) давления. Эта потеря давления вызвана испарением воды из устьиц в атмосферу, и биение продолжается.

Как слон использует свой хобот?

Как слон использует свой хобот? Вот краткий обзор того, как стволы пахидермы используются для еды, питья и принятия пыльных ванн.

Дерево Таксономия — Как дерево получает свое научное название

Виды деревьев получают свое научное название (таксономия деревьев), используя систему классификации Линнея, называемую биномиальной номенклатурой. Узнайте больше здесь.

Использует для отбеливателя и уксуса

Смешивание отбеливателя и уксуса дает эффективный, но опасный очиститель. Здесь читатели делятся своим использованием для смешивания отбеливателя и уксуса и опыта.

Источник

Bio-Lessons

Образовательный сайт по биологии

Значение воды в жизни растений. Испарение воды листьями.

Значение воды в жизни растений. Вода имеет очень важное значение для растительного организма. Ее недостаток приводит к замедлению роста и в конечном счете приводит к его гибели. Вода участвует и влияет на следующие процессы:

1. Образование органических веществ в ходе фотосинтеза невозможно без участия воды. Недостаток влаги приводит к полному прекращению фотосинтеза в листьях и других зеленых частях растения.

2. Вода осуществляет транспорт растворенных веществ — сахаров, минеральных солей и т. д. Вещества в организме растений не могут перемещаться в сухом виде. Поэтому транспорт любых веществ по организму растений осуществляется в виде растворов. Как вы помните, растворенные минеральные (неорганические) вещества переносятся по сосудам ксилемы — древесины, а органические вещества по ситовидным трубкам луба — флоэмы.

3. Если бы листья не испаряли воду, то растворы перестали бы подниматься по стеблям на большие расстояния. Это особенно важно для высоких древесных растений. Поскольку силы, с которой клетки корня выталкивают водные растворы в стебель, не хватает для того, чтобы вода достигла листьев. Процесс испарения способствует продвижению воды по стеблю, как бы подгоняя ее вверх.

4. Вода составляет значительную часть массы живых клеток. Значит, при росте, размножении и формировании новых клеток необходимо достаточное количество воды. Нужны и другие вещества, из которых состоят клетки. Это белки, жиры, углеводы и минеральные соли. Но в целом их нужно меньше, чем воды.

5. В жаркие дни испарение защищает листья от перегрева солнечными лучами.

Испарение воды (транспирация) происходит в основном в листьях. Чем больше пластинка листа, тем больше испаряется влаги. В испарении воды растением можно убедиться, поставив следующие опыты (рис. 1, а-б).

Рис.1 Опыты по определению испарения воды листьями растений

Опыт №1. Возьмем комнатное растение и на один из его побегов наденем колбу. Горлышко колбы закроем ватой. Через несколько дней на внутренней стороне колбы появятся капельки воды. Они образовались из паров, которые выделяются листьями.(рис. 1, а)

Для проведения опыта №2 возьмем 3 пробирки, наполненные водой (рис. 1, б).
В первую пробирку наливается вода, при этом она ничем не прикрывается. Во вторую пробирку приливаем такой же объем воды и сверху наливается масло тонким слоев (0,5-0,6 см). В третью пробирку помещается веточка с листьями, приливается вода по уровню, равному с первыми двумя пробирками. Сверху приливаем растительное масло. Через 2-3 дня можно обнаружить, что воды в первой пробирке стало меньше, поскольку ничто не препятствовало ее испарению с поверхности.Уровень воды во второй пробирке не изменился, так как слой масла препятствовал испарению. В третьей пробирке количество воды также уменьшилось, потому что идет процесс испарения листьями.

Вода испаряется даже в плотно закупоренном сосуде, если в него через маленькое отверстие вставлена веточка растения, (рис.1, в).

Испарение воды осуществляется через устьица. Если растению не хватает воды, устьица закрываются (рис.2).

Рис.2 Закрытое и открытое устьице

Приспособление листьев к влажному и сухому климату. В районах с повышенной влажностью листья у растений крупные и темно-зеленые, на них очень много устьиц. Насыщенность воздуха и почвы влагой способствует увеличению размера листьев.

Листья растений, произрастающих в засушливых местах, приспособлены к замедленному испарению. У одних растений они мелкие, у других преобразовались в колючки, чешуйки. Иногда они покрыты восковым налетом или густыми волосками.

Листья саксаула, растущего в южных областях Казахстана, из-за недостатка влаги видоизменены в мелкие чешуйки (рис. 3). Устьица находятся в молодых побегах, поэтому процесс фотосинтеза происходит в молодых зеленых побегах, а не в листьях.

У песчаной акации и чингиля, растущих на засоленных и песчаных почвах, листья мелкие, узкоконусовидной формы. Снаружи они покрыты небольшими короткими густыми волосками — серебристым пушком, поэтому воду они испаряют в очень незначительном количестве. Обычно, если влаги достаточно, то устьица растений открываются, и лишняя вода испаряется. Когда наступает дефицит влаги, устьица закрываются и испарение прекращается.

Испарение воды листьями — обязательный процесс, без него вода не поднималась бы : по стеблю, а вместе с ней не транспортировались бы по растению растворенные вещества. Вода всасывается корнем, а испаряется листьями через устьица. Фотосинтез без воды тоже невозможен. Испарение воды — защита от перегрева. Чтобы растениям хватало воды, они приспособились к разному климату. У растений засушливых мест листья мелкие с толстой оболочкой, видоизмененные в колючки или чешуйки (саксаул), У растений влажных мест листья широкие, большие, с большим количеством устьиц.

Внешнее и внутреннее строение листа

Видоизменения листа

Источник