Испарение воды в жизни растений: Испарение воды листьями (транспирация)

Содержание

Вода и ее значение 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.

Рис.3 Саксаул

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

Проверочное тестовое задание включает в себя вопросы с одним и несколькими правильными ответами

Экологи РУДН сравнили три модели испарения воды растениями в 251 точке Земли

Наука

07 июня 2021

Эколог РУДН с коллегами из 14 стран сравнил три модели испарения воды растениями. Это первое исследование такого масштаба — работа проведена на основе данных о количестве водяного пара в атмосфере в 251 точке планеты, от Австралии до Гренландии. Результаты помогут понять роль растений в глобальном круговороте воды и углерода в условиях глобального изменения климата.

Корни всасывают воду из почвы и доставляют к верхним листкам и веткам растений с помощью корневого давления. После листьев вода не возвращается вниз к корням — вместо этого она испаряется через отверстия для дыхания — устьица — и попадает в атмосферу. Этот процесс, при котором вода впитывается растениями и становится частью органического вещества, называется транспирацией. На нем пересекаются циклы углерода, воды и энергии в наземных экосистемах, поэтому изучение транспирации помогает оценивать вклад растений в изменение климата. Эколог РУДН в составе международной группы ученых сравнил три метода оценки транспирации, опираясь на данные глобальной сети микрометеорологических станций FLUXNET.

Экологи использовали данные 251 станции сети FLUXNET. На станциях измеряется, в том числе, количество водяного пара и углекислого газа в атмосфере методом турбулентной ковариации — по скорости движения воздуха приборы отслеживают вихревые потоки и перемещения различных газов в трех измерениях. Данные от станций экологи обработали тремя способами. В первой модели, uWUE, транспирацию и суммарное испарение воды с поверхности растений — эвапотранспирацию — рассчитали по сочетанию ежегодных данных и информации, полученной с шагом в восемь дней. Второй вариант, метод Перез-Приего, включает расчет с периодом пять дней четырех разных параметров — температуры, количества углекислого газа, насыщенности воздуха водяным паром и поглощения растениями солнечного света. Третий метод «TEA» основан на алгоритме машинного обучения — расчеты проводятся на основе «сырых» данных со станций, без каких-либо дополнительных предположений.

«Все три метода основаны в конечном итоге на соотношении воды и углерода, но различаются по своим исходным предположениям и использованию параметров. Для трех методов измерения транспирации результаты хорошо совпали — с корреляцией от 89% до 94%. Однако соотношение транспирации к эвапотранспирации различается для трех методов — от 45% до 77%», — профессор Лука Беллели-Марчезини из Аграрно-технологического института РУДН.

Сравнив результаты трех подходов, экологи пришли к выводу, что соотношение транспирации и эвапотранспирации (T/ET) практически не зависит от климата — различия объясняются только характеристиками растительности и почвы. Для объяснения этой стабильности T/ET экологи предложили две гипотезы. Согласно первой, чем больше растительности, тем больше влаги удерживается растениями в экосистеме, но и тем больше воды испаряется с поверхности растений — эти два эффекта друг друга нейтрализуют. По второй гипотезе экосистемы адаптируются к тому количеству влаги, которое есть в доступе — в засушливом климате растения «берегут» воду и экономнее расходуют осадки.

«Сочетание этих двух гипотез объясняет относительную неизменность соотношения T/ET в разных экосистемах. Это позволяет по-новому взглянуть на использование воды растениями и круговорот углерода по всему земному шару в изменяющемся климате», — заявил Лука Беллели-Марчезини, профессор РУДН.

Результаты опубликованы в журнале Global Change Biology.

ET: Эвапотранспирация и использование воды растениями

В ландшафте или на другой территории, покрытой растениями, вода из почвы перемещается в атмосферу за счет испарения с поверхности почвы и транспирации растений. Этот процесс определяется как эвапотранспирация или ET , что представляет собой комбинацию слов «испарение» и «транспирация». ET обычно выражается как глубина воды в дюймах или объем воды в галлонах, используемый засаженной площадью в течение дня, недели, месяца или года.

Физиология и структура растений, а также погодные условия являются основными факторами, влияющими на ET. Основные погодные переменные, влияющие на ET:

солнечный свет (солнечное излучение)
температура воздуха
относительная влажность
скорость ветра

Эти погодные компоненты определяют количество энергии, необходимой для испарения воды и транспирации. Как правило, по мере увеличения солнечного света, температуры и ветра и снижения относительной влажности ET растения или засаженной площади увеличивается при условии, что содержание влаги в почве достаточное. Если почва относительно сухая, уровень ET будет снижен, даже если погодные условия поддерживают высокий уровень ET. Частое смачивание мульчи или поверхности почвы, как это происходит при ежедневном дождевальном орошении, может максимизировать показатель ЕТ засеянной площади за счет увеличения количества воды, испаряющейся из почвы, мульчи и поверхности растений.

Исследования использования воды пастбищными травами и сельскохозяйственными культурами привели к разработке взаимосвязей для прогнозирования ET на основе данных о погоде. Местные данные о погоде вводятся в сложные математические уравнения, полученные в результате этих исследований, для расчета оценочного значения ET для данного местоположения и периода, обычно за день. Поскольку было бы слишком громоздко и сложно генерировать значения ET каждый день в многочисленных местах для тысяч различных заводов, единое стандартизированное значение, известное как ET _или или ссылка ET могут быть рассчитаны во многих местах, чтобы отразить влияние местной погоды и климата на использование воды растениями. Значение ET _o представляет собой предполагаемое водопотребление пастбищной травы в прохладное время года (овсяница высокорослая, эталонное растение) при неограниченном количестве воды, росте от четырех до шести дюймов и поддержании в оптимальном, не подверженном стрессу состоянии.

В ландшафтах ET _o точно оценивает потребность в воде газонов и других участков с однородным покрытием, но незначительно отражает потребность в воде неоднородных, физически и биологически разнообразных насаждений. Физиология водопользования многих видов ландшафтных растений, структура растительного покрова ландшафтов и менее высокие требования к производительности, предъявляемые к ландшафтным растениям, противоречат тем же компонентам сельскохозяйственных культур, на которые опирается ET 9.0024 o оценка основана. Модель и уравнение, разработанные для расчета ET _o, просто недостаточно надежны, чтобы отразить сложность факторов, влияющих на потребность ландшафта в воде.

В большинстве районов Калифорнии ET _o является максимальным в июле и минимальным в декабре. Ежедневная ET _o в непустынных местах колеблется от почти нуля в прохладные и влажные сезоны и периоды до чуть более 0,3 дюйма в июле, хотя в прибрежных районах и в местах, где летом наблюдается значительный морской слой облаков, редко наблюдается ET _o более 0,2 дюйма в день. В пустынных местах регулярно наблюдаются летние дневные значения ET _o от 0,3 дюйма и выше.

Оценка ET _o

ET в режиме реального времени _o Данные

В штате Калифорния имеется система управляемых компьютером метеорологических станций, которые генерируют так называемую ET в режиме реального времени эталонное значение ET) ежедневно через Калифорнийскую информационную систему управления ирригацией (CIMIS). Подробные данные CIMIS доступны любому пользователю в Интернете по адресу www.cimis.water.ca.gov. Для этого необходимо зарегистрироваться в качестве пользователя и перейти на вкладку навигации сайта «Данные». Станции CIMIS и выходные данные CIMIS находятся в ведении Департамента водных ресурсов Калифорнии.

Станция CIMIS

В настоящее время существует более 145 действующих станций CIMIS, расположенных в большинстве климатических зон штата. Большинство станций CIMIS расположены в сельскохозяйственных районах, в то время как многие городские и пригородные районы не представлены. В результате CIMIS также предлагает оценочные данные ET _o в реальном времени по почтовому индексу, известные как пространственные данные CIMIS, для районов, где нет станции CIMIS. Пространственные значения ET _o оцениваются с использованием комбинации данных о погоде, собранных спутником и близлежащими станциями CIMIS. Пространственный ЭТ 9Доступ к данным 0024 o можно получить после входа в систему в качестве пользователя на веб-сайте CIMIS и выбора навигационной вкладки «Пространственные».

Ежедневные данные ET _o в режиме реального времени из CIMIS рассчитываются на основе среднечасовых данных, собранных с датчиков метеостанций с использованием модифицированного уравнения Пенмана и уравнения Пенмана-Монтейта. Ученые Калифорнийского университета и Калифорнийского департамента водных ресурсов совместно разработали систему CIMIS.

Среднее или историческое ET _o Данные

Среднемесячные и годовые значения или исторические значения ET _o, рассчитанные как средние значения за несколько лет, доступны для всех активных станций CIMIS и 85 дополнительных неактивных станций CIMIS. Чтобы получить доступ к средним данным ET _o, войдите в систему как пользователь на веб-сайте CIMIS и перейдите на вкладку «Данные», затем выберите «Ежемесячное среднее значение ET _o».

Среднее значение ET _o Данные полезны при оценке водного баланса, прогнозировании использования воды растениями и установлении базовых графиков орошения. Можно проводить полив с достаточной точностью, используя историческую ET 9.0024 o , но фактический дневной ET _o может значительно отличаться от долгосрочного среднего значения, поэтому более точные графики орошения и максимальная экономия воды достигаются при использовании данных ET _o в режиме реального времени. Например, среднее значение ET _o для майского дня в Риверсайде составляет около 0,19 дюйма. Однако в течение 11–12 мая 2014 г. дневное время ET _o в реальном времени превышало 0,30 дюйма, а 7 и 10 мая 2014 г. ET _o в реальном времени составляло 0,16 дюйма.

Интеллектуальный контроллер ET _o Данные

Некоторые сложные системы управления поливом имеют датчики, которые собирают данные о погоде и рассчитывают расчетное значение ET _o на месте. Эти системы могут предоставлять точные данные, если датчики высокого качества, расположены в соответствии с требуемыми стандартами и хорошо обслуживаются для поддержания их функционирования. В противном случае собранные данные приведут к неточным оценкам ET _o .

Другие интеллектуальные контроллеры получают доступ или получают в реальном времени или среднее значение ET _o данные из источника, расположенного за пределами площадки. Важно убедиться, что источник использует точные данные о погоде для оценки ET _o .

Для любого контроллера орошения, использующего данные ET _o, важно, чтобы ET _o рассчитывался с использованием уравнений, используемых CIMIS, стандартизированного эталонного уравнения эвапотранспирации ASCE или алгоритма, который оказался столь же точным при оценке ET _o .

Транспирация – определение, функция и примеры

Транспирация Определение

Транспирация – это испарение воды растениями. Большая часть воды, поглощаемой корнями растения, — до 99,5 % — не используется для роста или обмена веществ; это избыточная вода, и она покидает растение через транспирацию. Транспирация очень важна для поддержания условий влажности в окружающей среде. До 10 процентов влаги в атмосфере Земли образуется в результате транспирации воды растениями.

Функция транспирации

Транспирация происходит потому, что растения потребляют больше воды, чем им действительно нужно в данный момент времени. Это способ избавиться от лишней воды. Когда вода удаляется из растения, ему легче получить доступ к углекислому газу, необходимому для фотосинтеза. Кроме того, растения могут использовать транспирацию как метод охлаждения.

Транспирация используется для описания специфического действия воды, испаряющейся из растения, но слово транспирация также используется для общего описания того, как вода проходит через растения. Когда вода попадает в растение через корни, она вытягивается через ткань ксилемы в стебле растения к листьям растения за счет капиллярного действия и сцепления молекул воды. Когда вода достигает устьиц, представляющих собой небольшие отверстия в листьях, она испаряется за счет диффузии; содержание влаги в воздухе ниже, чем содержание влаги в листе, поэтому вода естественным образом вытекает в окружающий воздух, чтобы уравнять концентрации.

Транспирация имеет побочные эффекты для других организмов в экосистеме. Это помогает поддерживать определенный уровень влажности в окружающей среде, в зависимости от количества и типов растений в окружающей среде. Это непреднамеренно позволяет некоторым организмам выживать лучше, чем другим, в зависимости от уровня влажности, необходимого им для процветания.

Примеры транспирации

Устьичная транспирация

Устьичная транспирация – это испарение воды из устьиц растения. Таким образом испаряется большая часть воды, выделяемой растением; минимум 9Через устьица выходит 0% воды, выделяемой листьями растения. У поверхности листа вода в жидком виде превращается в водяной пар и испаряется из растения через открытые устьица.

Транспирация кутикулы

Транспирация кутикулы – это испарение воды из кутикулы растения. Кутикула представляет собой восковую пленку, покрывающую поверхность листьев растения. На эту форму транспирации не приходится большая часть потери воды растением; около 5-10 процентов воды листьев теряется через кутикулу. Когда растения закрывают устьица в засушливых условиях, таким образом испаряется больше воды.

Лентикулярная транспирация

Лентикулярная транспирация – это испарение воды чечевичками растения. Чечевички — это небольшие отверстия в коре ветвей и побегов. Чечевицы есть не у всех растений. Количество воды, теряемой таким образом, очень мало по сравнению с устьичной транспирацией, но, как и в случае кутикулярной транспирации, оно может увеличиваться, если растение находится в сухой среде.

Факторы, влияющие на транспирацию

Существует множество факторов, влияющих на транспирацию. Одним из таких факторов является температура. При повышении температуры устьица листьев открываются и испаряется больше воды. Растения, произрастающие в более теплом климате, лучше пропускают воздух. Другими важными факторами являются уровни влажности воздуха и почвы. Когда относительная влажность воздуха увеличивается, в воздухе становится больше влаги, поэтому транспирация уменьшается. Однако, если в почве больше влаги, растения будут больше испаряться, потому что они потребляют больше воды. Более сильный ветер также увеличивает скорость транспирации, потому что он снижает относительную влажность вокруг растения. Конечно, некоторые растения испаряются больше, чем другие. Растения, живущие в засушливой среде, такие как кактусы, эволюционировали, чтобы экономить воду, отчасти за счет меньшего испарения воды. Это позволяет им процветать в засушливых регионах, таких как пустыня.

Круговорот воды

Транспирация является частью круговорота воды, также известного как гидрологический цикл. Круговорот воды описывает, как вода движется по Земле. Во-первых, вода испаряется из растений и попадает в атмосферу в виде водяного пара. Вода из океанов, озер и рек Земли также испаряется в атмосферу. Испарение из водных путей Земли и растений через транспирацию в совокупности известно как эвапотранспирация. В атмосфере вода образует облака, а затем снова падает на землю в виде дождя или снега. Осадки снова собираются в земных водоемах или попадают в почву, где дают возможность расти растениям. Затем вода снова испаряется из растений, океанов, озер и рек, завершая цикл.

На этой диаграмме показан круговорот воды на Земле.

Устьица – Небольшие отверстия в нижней части листьев растений, которые используются для газообмена.
Xylem – Ткань растений, которая переносит воду и некоторые питательные вещества от корней растения к остальной части растения.
Чечевица – Небольшая пора в коре растения.
Эвапотранспирация – Испарение воды из океанов, рек и озер, а также растений посредством транспирации.

Тест

1. Какой тип транспирации НЕ ЯВЛЯЕТСЯ?
A. LENTICULACE TRANSPIRATION
B. Месархальный транспирация
C. Cuticular Transpiration
D. Утолковый транспирация

Ответ на вопрос № 1

B 9004 — это правильно. Чечевицеобразная, кутикулярная и устьичная транспирация представляют собой формы транспирации, при которых вода теряется через чечевички, кутикулу и устьица соответственно. Мезархальной транспирации нет. Mesarch описывает способ развития ксилемы.

2. Что происходит с интенсивностью транспирации при повышении температуры?
A. Увеличение транспирации.
B. Снижение транспирации.
C. Транспирация остается прежней.

Ответ на вопрос № 2

Правильно . При повышении температуры транспирация также увеличивается. Растения больше открывают свои устьица в жаркой среде, чтобы вода могла испаряться, что охлаждает растение. Следовательно, растения в жаркой среде обычно испаряются больше, чем растения в более прохладной среде.

3. При увеличении _____________ интенсивность транспирации снижается.
A. Ветер
B. Влажность в почве
C. Влажность в воздухе
D. Температура

Ответ на вопрос № 3

C — правильная. При высокой относительной влажности транспирация уменьшается. Меньше воды испаряется в окружающий воздух, если воздух более влажный. При низкой влажности и сухости воздуха увеличивается транспирация. Вода переходит в воздух посредством диффузии; он перемещается из области с более высокой концентрацией (листья) в область с более низкой концентрацией (воздух).