Поглощение воды. Транспирация. Коэффициент увлажнения и типы местообита-ний (аридные, гумидные).

На рисунке показано первичное строение корня типичного двудольного растения. Основная масса воды поглощается более молодыми частями корня в зоне корневых волосков. По мере роста корня в почве на нем постоянно образуются новые корневые волоски, а старые отмирают. Новые корневые волоски возникают на некотором расстоянии позади зоны растяжения. Эти волоски представляют собой трубчатые выросты эпидермальных клеток (рис. 13.17), существенно увеличивающие поверхность, способную поглощать воду и минеральные соли. Они вступают в тесный контакт с частицами почвы. На рисунке схематично показаны пути движения воды по корню. В корне существует градиент водного потенциала — от более высокого в клетках, образующих корневые волоски, к более низкому в клетках, примыкающих к ксилеме. Этот градиент поддерживается двумя способами: 1) за счет движения воды вверх по ксилеме, при котором, как мы уже говорили, в ксилеме создается натяжение (отрицательное давление) и тем самым понижается водный потенциал ксилемного сока; 2) за счет того, что осмотический потенциал ксилемного сока более низкий (более отрицательный) по сравнению с осмотическим потенциалом разбавленного почвенного раствора. Вода движется через корень по тем же путям, что и в листьях, а именно по апопласту, симпласту и через вакуоли. По мере того как вода поднимается вверх по корневой ксилеме, ее замещает вода из окружающих паренхимных клеток, например из клетки 1 на рисунке. В результате водный потенциал этой клетки снижается и в нее устремляется вода из соседней клетки 2 благодаря осмосу или просто по симпласту, как описано в разд. 13.3.2 для мезофилла листа. Тогда в свою очередь снижается и водный потенциал клетки 2, в нее начинает поступать вода из клетки 3 и так далее через весь корень до самого эпидермиса, образующего волоски. Водный потенциал почвенного раствора выше, чем в клетках эпидермиса и в корневых волосках. Следовательно, вода проникает в корень извне путем осмоса. Апопластный транспорт в корне Апопластный транспорт в корне происходит примерно так же, как в листьях, но с одним существенным отличием. Когда вода, продвигаясь по клеточным стенкам, достигает эндодермы, путь ей преграждает водонепроницаемое вещество, называемое суберином. Оно откладывается по периметру эндодермальной клетки в ее антиклинальных стенках, образуя так называемый поясок Каспари (рис. 13.18, Б). В результате вода с растворенными в ней веществами (в основном диссоциированными на ионы солями) должна сначала проникнуть через плазмалемму этой клетки в ее цитоплазму, а потом выйти «с другой стороны». Таким способом клетки эндодермы контролируют и регулируют движение растворов по пути к ксилеме. Такой контроль необходим для защиты побегов от проникновения в них токсичных веществ, бо-лезнетвореных бактерий, грибов и других вредных агентов. С возрастом отложение суберина в эндодермальных клетках корня увеличивается, и это препятствует нормальному выходу воды и растворенных солей через внутренние танген-тальные клеточные стенки (рис. 13.18, Б). Однако в таких стенках могут сохраняться поры и проходящие через них плазмодесмы и, кроме того, остаются так называемые «пропускные» клетки, у которых не происходит дополнительного утолщения стенки и через которые свободно проходят вода и растворенные вещества. Количественное соотношение в корне апопластного, симпластного и вакуолярного транспортов воды не известно.

Транспирация — процесс движения воды через растение и её испарение через наружные органы растения, такие как листья, стебли и цветы. Вода необходима для жизнедеятельности растения, но только небольшая часть воды, поступающей через корни используется непосредственно для нужд роста и метаболизма.

Количество воды, испаряемой растением, во много раз превосходит объем содержащейся в нем воды. Экономный расход воды составляет одну из важнейших проблем сельскохозяйственной практики. К.А. Тимирязев назвал транспирацию в том объеме, в каком она идет, «необходимым физиологическим злом». Действительно, в обычно протекающих размерах транспирация не является необходимой. Так, если выращивать растения в условиях высокой и низкой влажности воздуха, то, естественно, в первом случае транспирация будет идти со значительно меньшей интенсивностью. Однако рост растений будет одинаков или даже лучше там, где влажность воздуха выше, а транспирация меньше. Вместе с тем транспирация в определенном объеме полезна растительному организму: 1. Транспирация спасает растение от перегрева, который ему грозит на прямом солнечном свете. Температура сильно транспирирующего листа может примерно на 7°С быть ниже температуры листа завядающего, нетранспирирующего. Это особенно важно в связи с тем, что перегрев, разрушая хлоропласты, резко снижает процесс фотосинтеза (оптимальная температура для процесса фотосинтеза 20—25°С). Именно благодаря высокой транспирирующей способности многие растения хорошо переносят повышенную температуру. 2. Транспирация создает непрерывный ток воды из корневой системы к листьям, который связывает все органы растения в единое целое. 3. С транспирационным током передвигаются растворимые минеральные и частично органические питательные вещества, при этом чем интенсивнее транспирация, тем быстрее идет этот процесс. Как уже говорилось, механизм поступления ионов и воды в клетку различен. Однако некоторое количество питательных веществ может поступать пассивно, и этот процесс может ускоряться с увеличением транспирации.

Увлажнение, коэффициенты увлажнения Увлажнение территории определяется не только количеством осадков, но и испаряемостью. При одинаковом количестве осадков, но разной испаряемости, условия увлажнения могут быть различными. Яндекс.Директ Карта Альфа-Банк «100 днейбез %»100 дней без % на покупки и снятие наличных. До 600 000 р. Заявка за 2 мин! Лимит до 600 тыс. р.100 дней без %Выпуск карты 0 р.Заявка онлайнalfabank.ruАдрес и телефонАО " АЛЬФА-БАНК" Копите на картерубли, а не мили! 2 ₽ на ж/д или авиа­билет за каждые 100 ₽ покупок. Доход до 6, 5% на остаток! Рубли на бонусный счетЖ/д и авиабилетыГостиницыВсе банкоматы без %open.ruАдрес и телефон WlNLlNE – РегистрацияБонус до 3000р.. Официальный сайт. Все виды спорта. Акции новичкам! Заходи.wln-l1ne.ru Для характеристики условий увлажнения пользуются коэффициентами увлажнения. Существует более 20 способов его выражения. Наиболее распространенными являются следующие показатели увлажнения: Гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова. ГТК=10R/Σ t где R – месячное количество осадков; Σ t – сумма температур за месяц (близка к показателю испаряемости).   Коэффициент увлажнения Высоцкого-Иванова. K=R/Ep где R – сумма осадков за месяц; Ep – месячная испаряемость. Коэффициент увлажнения около 1 – увлажнение нормальное, менее 1 – недостаточное, более 1 – избыточное.   Радиационный индекс сухости М.И. Будыко. Ri=R/Lr где Ri – радиационный индекс сухости, он показывает отношение величины радиационного баланса R к сумме тепла Lr, необходимого для испарения осадков за год (L – скрытая теплота парообразования). Радиационная индекс сухости показывает, какая доля остаточной радиации затрачивается на испарение. Если тепла меньше, чем требуется для испарения годовой суммы осадков, увлажнение будет избыточным. При Ri 0, 45 увлажнение избыточное; при Ri = 0, 45-1, 00 увлажнение достаточное; при Ri = 1, 00-3, 00 увлажнение недостаточное.

Атмосферное увлажнение

Количество выпадающих осадков без учета ландшафтных условий – величина абстрактная, потому что она не определяет условий увлажнения территории. Так, в тундре Ямала и полупустынях Прикаспийской низменности выпадает одинаковое количество осадков – около 300 мм, но в первом случае увлажнение избыточное, велика заболоченность, во втором – увлажнение недостаточное, растительность здесь сухолюбивая, ксерофитная.

Под увлажнением территории понимают соотношение между количеством атмосферных осадков (R), выпадающих в данной местности, и испаряемостью (Е_н) за один и тот же период (год, сезон, месяц). Такое отношение, выраженное в процентах, или в долях от единицы, называют коэффициентом увлажнения (K_yв=R/E_н) (по Н. Н. Иванову). Коэффициент увлажнения показывает либо избыточное увлажнение (К_ув> 1), если осадки превышают возможное при данной температуре испарение, либо различные степени недостаточного увлажнения (К_ув< 1), если осадки меньше испаряемости.

Характер увлажнения, т. е. соотношение тепла и влаги в атмосфере, – основная причина существования природно-растительных зон на Земле.

По гидротермическим условиям выделяют несколько типов территорий:

1. Территории с избыточным увлажнением – К_ув больше 1, т. е. 100-150%. Это зоны тундр и лесотундр, а при достаточном количестве тепла – леса умеренных, тропических и экваториальных широт. Такие переувлажненные территории называют гумидными, а заболоченные – экстрагумидными (лат. humidus – влажный).

2. Территории оптимального (достаточного) увлажнения – это узкие зоны, где К_увоколо 1 (примерно 100%). В их пределах наблюдается соразмерность между суммой осадков и испаряемостью. Это узкие полосы широколиственных лесов, редкостойные переменно-влажные леса и влажные саванны. Условия здесь благоприятны для произрастания мезофильных растений.

3. Территории умеренно-недостаточного (неустойчивого) увлажнения. Выделяют разные степени неустойчивого увлажнения: территориям с К_ув = 1-0, 6 (100-60%) свойственны луговые степи (лесостепи) и саванны, с К_ув = 0, 6-0, 3 (60-30%) – сухие степи, сухие саванны. Им свойствен сухой сезон, что затрудняет земледельческое освоение из-за частых засух.

4. Территории недостаточного увлажнения. Выделяют аридные зоны (лат. aridus – сухой) с К_ув = 0, 3-0, 1 (30-10%), здесь типичны полупустыни, и экстрааридные зоны с К_ув менее 0, 1 (менее 10%) – пустыни.

На территориях с избыточным увлажнением обилие влаги отрицательно сказывается на процессах аэрации (вентиляции) почвы, т. е. на газообмене почвенного воздуха с атмосферным. Недостаток кислорода в почве образуется вследствие заполнения пор водой, из-за чего воздух туда не поступает. Это нарушает биологические аэробные процессы в почве, нормальное развитие многих растений нарушается или даже прекращается. На таких территориях произрастают растения-гигрофиты и обитают животные-гигрофилы, которые приспособлены к сырым и влажным местообитаниям. Для вовлечения территорий с избыточным увлажнением в хозяйственный, прежде всего сельскохозяйственный, оборот необходимы осушительные мелиорации, т. е. мероприятия, направленные на улучшение водного режима территории, отвод избыточных вод (дренаж).

Территорий с недостаточным увлажнением на Земле больше, чем переувлажненных. В аридных зонах земледелие без полива невозможно. Основным мелиоративным мероприятием в них является орошение – искусственное пополнение запасов влаги в почве для нормального развития растений и обводнение – создание источников влаги (прудов, колодцев и других водоемов) для бытовых и хозяйственных нужд и водопоя скота.

В естественных условиях в пустынях и полупустынях произрастают растения, приспособленные к сухости, – ксерофиты. Они обычно имеют мощную корневую систему, способную извлекать влагу из грунта, мелкие листья, иногда превращенные в иголочки и колючки, чтобы меньше испарять влаги, стебли и листья нередко покрыты восковым налетом. Особую группу растений среди них образуют суккуленты, которые накапливают влагу в стеблях или листьях (кактусы, агавы, алоэ). Суккуленты произрастают лишь в теплых тропических пустынях, где не бывает отрицательных температур воздуха. Животные пустынь – ксерофилы тоже разным способом приспособлены к сухости, например, впадают в спячку на самый сухой период (суслики), довольствуются влагой, содержащейся в пище (некоторые грызуны).

Территориям с недостаточным увлажнением присущи засухи. В пустынях и полупустынях это ежегодные явления. В степях, которые часто называют засушливой зоной, и в лесостепи засухи случаются летом один раз в несколько лет, иногда захватывают конец весны – начало осени. Засуха – это длительный (1-3 месяца) период без дождя или с очень малым количеством осадков, при повышенной температуре и пониженной абсолютной и относительной влажности воздуха и почвы. Различают атмосферную и почвенную засухи. Атмосферная засуха наступает раньше. Из-за высоких температур и большого дефицита влаги резко возрастает транспирация растений, корни не успевают подавать листьям влагу, и они увядают. Почвенная засуха выражается в иссушении почвы, из-за чего нормальная жизнедеятельность растений полностью нарушается и они погибают. Почвенная засуха короче атмосферной за счет весенних запасов влаги в почве и грунтовых вод. Засухи обусловлены антициклональным режимом погоды. В антициклонах воздух опускается, адиабатически нагревается и иссушается. По периферии антициклонов возможны ветры – суховеи с высокой температурой и низкой относительной влажностью (до 10–15%), которые усиливают испарение и еще губительнее действуют на растения.

В степях наиболее эффективно орошение при достаточном стоке рек. Дополнительными мерами служат снегонакопление – сохранившаяся стерня на полях и посадка кустарников по бровке балок, чтобы в них не сдувался снег, и снегозадержание – прикатывание снега, создание снежных валов, укрытие снега соломой с целью увеличения продолжительности снеготаяния и пополнения запасов грунтовых вод. Эффективны также лесные полезащитные полосы, которые задерживают сток талых снеговых вод и удлиняют период снеготаяния. Ветрозащитные (ветроломные) лесные полосы большой длины, посаженные в несколько рядов, ослабляют скорость ветров, в том числе суховеев, и тем самым уменьшают испарение влаги.