Недоступная для растений вода почвы это

Mse-Online.Ru

Формы воды в почве

Вода в почве — один из основных ее компонентов. Она нахо­дится в сложном взаимодействии с твердой фазой.

Почвенная вода имеет большое значение, является одним из факторов плодородия и урожайности растений. От содержания и качества воды в почве зависят произрастание растений и деятель­ность микроорганизмов, процессы почвообразования и выветрива­ния, производственная деятельность человека.

Основной источник влаги — атмосферные осадки, которые про­никают в почву и заполняют ее поры. В почве влага активно вза­имодействует с твердой фазой (частью) почвы. Передвижение влаги, ее доступность растениям зависят от состава и свойств почвы.

В естественных условиях почва обладает различной степенью влажности. Понятие «влажность» характеризует содержание воды в почве, выраженное в процентах от массы сухой почвы (весовая влажность) или от объема почвы (объемная влажность).

В зависимости от подвижности и доступности растениям раз­личают несколько форм воды в почве: 1) гравитационную; 2) капиллярную; 3) сорбированную; 4) парообразную; 5) грунто­вую; 6) твердую; 7) химически связанную и кристаллизационную.

Непосредственно для питания растений имеет значение только гравитационная и капиллярная вода, а остальные формы почвенной влаги, кроме небольшой части пле­ночной, растениям недоступны.

Гравитационная вода заполняет капиллярные поры между структур­ными — отдельностями, по которым она передвигается под влиянием си­лы тяжести (отсюда и ее название).

Капиллярная вода заполняет капиллярные поры, главным об­разом, внутри структурных отдельностей. Она может передвигать­ся в почве во всех направлениях.

Сорбированная вода удерживается на поверхности почвенных частиц сорбционными силами, то есть молекулы воды притягива­ются к твердым частицам почвы и прочно удерживаются ими. Эту форму воды подразделяют на два вида: пленочную и гигро­скопическую.

Пленочная вода окружает твердые частицы почвы в виде плен­ки, притягиваясь к ним под действием поверхностной энергии. Она передвигается только под влиянием молекулярных сил в раз­ных направлениях, но всегда от более толстых пленок к тонким.

Пленочная вода определяет смачивание почвы, но растениям почти недоступна, так как притягивается к поверхности частиц твердой фазы почвы с силой в несколько тысяч атмосфер (от 6 до 10 тыс.).

Гигроскопическая влага представляет собой молекулы водяно­го пара, удерживаемые поверхностным притяжением почвенных частиц подобно тому, как удерживается пленочная вода. Поэтому гигроскопическая влага не принимает участия в газовом давле­нии окружающей среды и не способна передвигаться. Для расте­ний она недоступна, полностью удаляется при высушивании поч­вы в течение нескольких часов при температуре 100—105 °С.

Свободная парообразная влага входит в состав почвенного воздуха в виде отдельных молекул водяного пара и поэтому при­нимает участие в газовом давлении и передвигается из мест с большей упругостью пара в места с меньшей упругостью. Она не­доступна для растений, но при переходе в капельно жидкую мо­жет усваиваться ими.

Грунтовая вода — это влага водоносного слоя почвы, лежаще­го ниже почвенной толщи, удерживаемая слоем водоупора. Ис­пользование грунтовой воды растениями возможно, но при близ­ком залегании и поднятии до корнеобитаемого слоя.

Твердая вода (лед) — переход влаги из жидкого состояния в твердое происходит у свободных форм влаги при температуре ниже 0 °С.

Химически связанная и кристаллизационная вода входит в со­став молекул минералов в виде ионов. Кри­сталлизационная вода находится в составе кристаллических ве­ществ в виде молекул. Растениям эти формы воды недоступны.

Источник

Формы воды в почве и их доступность для растений.

Растения как основные автотрофы в природе, продуценты биомассы Земли, находятся в особенных условиях по отношению к окружающей неживой природе. Вода поступает в растение из почвенного раствора через корневую систему и испаряется из растения через листья. Собственно весь водный обмен в растении состоит из трех основных этапов:

· поглощения воды из почвы,

· передачи воды из корня ко всем органам растения,

· испарение воды из листьев.

Рассматривая комплекс вопросов по механизмам водного обмена, необходимо прежде всего разобраться в вопросе о формах воды в почве и образовании собственно почвенного раствора. Вода, находящаяся в почве, в зависимости от своего состояния может находиться в одной из следующих форм:

Гравитационная — это вода, заполняющая большие почвенные капилляры, попадающая в почву при дожде или поливе, быстро двигающаяся вниз в глубокие слои почвы под действием силы тяжести собственного веса. Для растений существенного значения не имеет, так как хотя и поглощается ими, но быстро уходит из зоны почвы, где располагается корневая система.

Капиллярная — это вода, заполняющая узкие капилляры и удерживающаяся силами поверхностного натяжения менисков. Она находится в почве длительное время, незначительно притягивается к почвенным частицам, является наиболее доступной для растений формой.

Пленочная — это вода, покрывающая непосредственно почвенные частицы, удерживающаяся на их поверхности силами молекулярного притяжения или адсорбционными силами почвенных частиц. Эта вода труднодоступна для растений, поглощается в основном растениями, приспособленными к засушливым условиям, имеющими очень высокую концентрацию клеточного сока.

Гигроскопическая — это вода, находящаяся в воздушно-сухой почве, удерживаемая внутри почвенных частиц силой свыше 100000 килопаскаль. Ее количество колеблется от 5% в песчаной почве до 14% в глинистой почве. Для растений эта вода недоступна.

Имбибиционная — это вода, находящаяся внутри коллоидных частиц почвы, вызывающая их набухание, при этом в набухшей коллоидной частице создаются значительные водоудерживающие силы. Эта форма воды характерна для торфяников. Для растений она также практически недоступна.

В каждой почве часть воды всегда оказывается не­доступной для растения. Эту недоступную воду назы­вают влажностью завядания, или коэффициентом завядания.

2.Поглощение воды деревом из почвы (всасыва­ние) происходит совсем не так легко, как из сосуда с водой. Прежде всего, почва содержит в себе не чистую воду, а раствор минеральных веществ, который сам в зависимости от концентрации обладает определенной сосущей силой. Чтобы вода поступала в растение, кон­центрация клеточного сока в клетках корня (а точнее, его сосущая сила) должна быть выше, чем у почвенно­го раствора. Кроме того, в зависимости от типа почвы (глинистая, песчаная, чернозем и др.) вода в ней ока­зывается в большей или меньшей мере связанной с почвенными частицами — твердыми песчинками, неразложившимся перегноем и др.

Дерево поглощает воду из почвы своими корнями. Однако в процессе всасывания участвует далеко не вся корневая система. Вся проводящая, наиболее длин­ная часть корней покрыта пробкой, не пропускающей воду. Всасывают воду в основном молодые растущие светлоокрашенные кончики корней (мочки) толщиной не более 0,4 мм. Каждый из них несет многочисленные корневые волоски — непосредственные органы всасыва­ния.

Запас воды в почве, особенно в сухой, часто быва­ет очень скудным и добывание ее в огромных количе­ствах, какие нужны дереву, — задача крайне трудная. Каким же путем она решается? Прежде всего, разви­тием громадной корневой системы. Обычно мы имеем весьма искаженные представления об истинных раз­мерах корневой системы растения, так как судим о ней по тем жалким остаткам, какие видим, например, у выкопанного дерева. Если же выращивать растения в специальных ящиках, а затем тщательно и очень ос­торожно отмывать все мельчайшие корешки и учиты­вать их длину, то только у одного растения ржи общая длина всех корней оказывается более 600 км. Только ежесуточный прирост корней достигает 10 км. У яблони 2-3 лет, по подсчетам профессора В. А. Ко­лесникова, уже имеется 45 тысяч корней.

Замедление всасывания воды с понижением темпе­ратуры почвы неодинаково у разных растений. Южные виды резко сокращают или даже вовсе прекращают всасывание уже при температуре 6-8°С. Растения же средних и особенно северных широт (зоны вечной мерз­лоты) оказываются менее чувствительными к пониже­нию температуры почвы. Например, озимые злаки и особенно растения зоны вечной мерзлоты всасывают воду даже при 0,5-0,8 °С.

Все же большинство растений, в том числе и де­ревья, страдают на холодных почвах, даже содержа­щих в достатке воду, которая, однако, оказывается труднодоступной для растения. Такие почвы называют физиологически сухими. К ним относятся холодные бо­лотные почвы. Интересно, что на этих почвах расте­ния имеют приспособления к сокращению водоотдачи почти такие же, как у большинства видов засушливых мест. Так, обитатели болот клюква и багульник имеют кожистые листья с загнутыми краями, слабо испаряю­щие воды.

Деревья очень чутко реагируют на охлаждение почвы. Осенью, когда корни значительно сокращают, вса­сывание воды из охлажденной почвы, а листья все еще сильно ее испаряют, наступает несоответствие между приходом и расходом воды. Это вызывает ответную приспособительную реакцию, покрывающую водный де­фицит, — растения сбрасывают листья для уменьшения испарения влаги.

Скорость всасывания воды деревом зависит и от содержания в почве кислорода. Вся деятельность кор­невой системы (поглощение воды и минеральных со­лей, рост корней и др.) связана с интенсивным дыха­нием. Корням необходим постоянный приток кислоро­да. Поэтому на плотных почвах с недостатком кисло­рода растения сильно страдают, отстают в росте или даже погибают. Так, вытаптывание почвы вокруг де­ревьев в парках и лесопарках часто приводит к их ги­бели. К корням перестает поступать живительный кис­лород, и они начинают «задыхаться». При этом резко сокращается приток воды в ствол, так что до вершины дерева она может и не дойти. Дерево начинает суховершинить, а затем постепенно и совсем отмирает. Уп­лотнение почв в лесу часто вызывается неумеренной пастьбой скота, что плохо влияет на состояние расте­ний, особенно на глинистых, легко уплотняющихся почвах.

Транспирация

Испарение поглощенной деревом воды в атмос­феру происходит через листья. В отличие от обычного, чисто физического процесса испарения, у растений оно зависит не только от внешних, но и от целого ряда внутренних (физиологических) факторов, связанных с жизнедеятельностью клеток. Вследствие этого испаре­ние воды растением названо особым термином — транспирация. Основными органами транспирации являются листья или хвоя. Они покрыты кожицей из живых клеток с защитной жировой пленкой (кути­кулой), не пропускающей пары воды, поэтому транспирация происходит в основном через устьица, способ­ные открываться и закрываться, регулируя этим испа­рение. На продольном разрезе устьичного аппарата вид­но, что устьичная щель ведет в межклеточное прост­ранство- полость в мякоти листа.

Процесс транспирации состоит в том, что оболочки клеток мякоти листа, всегда пропитанные водой, отда­ют ее в виде пара в межклеточное пространство, откудапар через устьичную щель выходит наружу.Чем сильнее нагревается лист солнечными лучами, тем бы­стрее образуется пар в межклетниках, а значит, и выше транспирация. Усиливает ее также свет, повы­шающий температуру листа и способствующий откры­ванию устьичных щелей. Повышенная влажность воздуха, которая обычно бывает в теплицах и оранжереях, снижает транспирацию, и это нередко вызывает ожоги растении. Это сви­детельствует о важной роли транспирации в предохра­нении растений от перегрева солнечными лучами. Кро­ме того, транспирация создает непрерывно протекаю­щий через растение ток воды, с которым минеральные питательные растворы перемещаются от корней к листьям и другим органам.

Интенсивность транспирации – это количество воды, испаряемой растением в единицу времени (ч) с единицы поверхности (дм2).

На интенсивность транспирации влияют число устьиц на листе и ширина устьичной щели. Часто ис­парение бывает так велико, что превышает поступле­ние воды из почвы, вызывая длительное завядание, а иногда и гибель растения от высыхания. Однако ра­стение не может надолго закрыть устьица (например, во время засухи) и прекратить транспирацию, так как при этом внутрь листа перестает поступать углекислый газ, и процесс фотосинтеза остановится. У древесных растений интенсив­ность транспирации в среднем составляет: ясень обык­новенный 54, клен остролистный 25, дуб 24, липа 14, лещина 8 г/г массы листьев в час.

Транспирационный коэффициент – это количество воды (г), расходуемой растением на образование 1 г сухого вещества.

Продуктивность транспирации – количество, г, сухого вещества, накопленного растением за период, когда оно испаряет 1 кг воды.

Проведение воды с растворенными в ней мине­ральными солями по корням и стволу к листьям — про­межуточная ступень водообмена. Путь восходящего тока по различным частям дерева огромен. На разных участках этого пути он встречает неодинаковое сопро­тивление своему передвижению и поэтому движется с различной скоростью, по разным законам. От корне­вого волоска до сосудов корня вода идет по живым клеткам паренхимы, испытывая огромное сопротивление своему передвижению (около 1 атм. на каждый миллиметр пути). Наиболее длинный участок пути (по корню и стволу) вода проходит по специаль­ным проводящим элементам — сосудам и трахеидам у лиственных пород и, в основном, по тонкостенным ве­сенним трахеидам у хвойных. В силу того что сосуды являются более совершенными проводящими элемен­тами, чем трахеиды, проводимость древесины у лист­венных деревьев в 5-10 раз выше, чем у хвойных. Таким образом, восходящий ток поднимается вверх по древесине ствола, а не по коре. Если со ствола снять кольцо коры, не повреждая древесины, дерево еще долгое время будет жить, так как водный ток при этом не нарушается.

Но не вся древесина ствола взрослого дерева в оди­наковой мере проводит воду. Центральная ее часть — ядро, выделяющееся более темной окраской (у дуба, ясеня и др.), совсем не проводит воду, так как сосу­ды в нем закупорены тиллами. Водопроводящими яв­ляются в основном внешние годичные кольца древеси­ны, а среди них более всего самое наружное, связан­ное с однолетними облиственными ветвями. Эти ветви играют важную роль в поднятии воды вверх по стволу.

Скорость передвижения воды в дереве зависит от проводимости древесины и условий погоды. Она увели­чивается с повышением температуры и уменьшением относительной влажности воздуха.

Каковы же силы, за­ставляющие воду дви­гаться вверх по стволу? Одна из них — корневое давление.Если срезать надземную часть расте­ния, то корень будет про­должать всасывать воду и с силой ее выдавливать на поверхность пня. Яв­ление вытекания сока, на­зываемого пасокой,из перерезанного или только пораненного стебля назы­вается «плачем» расте­ния. Корневое давление можно обнаружить и, не повреж­дая растения, а лишь поместив его во влажную атмос­феру (под стеклянный колпак). При этом на кончиках листьев (например, у злаков) появятся капельки жид­кости, сменяющиеся по мере стекания новыми. Такое явление называется гуттацией.

Гуттация — это выделение капельно-жидкой влаги листьями через гидатоды в условиях затрудненного испарения. Плач растения — это вытекание пасоки (воды с растворенными в ней минеральными веществами, находящейся в ксилеме) из стеблей растений со срезанными побегами. Корневое давление бывает наибольшим весной, до­стигая у деревьев 2-3 атм. Для поднятия же воды по стволу дерева, по расчетам профессора Л. А. Иванова, требуется примерно по 4 атм. на каждые 10 м высоты подъема. Как видим, одного корневого давления явно недостаточно для подъема воды в крону дерева. С распусканием листьев начинает работать другой, более мощный двигатель водного тока — транспирирующие клетки листьев, или иначе присасывающее действие листьев. Сосущая сила всей кро­ны достигает 10-15 атмосфер и выше. Именно она играет главную роль в поднятии воды в стволе дерева.

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.

Источник