Испарение воды из почвы, Биология

• Школьный конкурс проектных и исследовательских работ учащихся
• «Мои первые шаги»
• МБОУ «Смоленская СОШ №2»
• Проектно-исследовательская работа
• « Как растения испаряют воду?»
• Выполнила:
• Карташова Александра
• ученица 6А класса
• Руководитель:
• Люсева Елена Владимировна
• учитель биологии и химии.
• с. Смоленское
• 2017 г.

Содержание Введение………………. ………………………………..…………………3Глава 1. Обзор литературы……………………………..…………………4-5Глава 2. Экспериментальная часть……………………….……………….6-8Заключение………………………………………………………………….9Список использованной литературы………………………………..…….10

Введение

 В нашем школе очень много комнатных растений. Много раз наблюдала, что если в течение нескольких дней не поливать цветы, то они начинают вянуть, значит, растения не могут долго жить без воды.

Растениям вода необходима для нормального роста и развития. Меня заинтересовал вопрос, куда исчезает вода из горшка с цветком? И для чего это им нужно? Меня заинтересовал этот вопрос, и я решила узнать об этом побольше.

1. Гипотеза: разные растения испаряют разное количество воды.
2. Цель работы:
3. 1)выяснить, испаряют ли  растения воду и для чего это им надо?
4. 2) определение количества воды, испаряемой разными растениями.
5. Задачи:1)изучить литературу по данному вопросу;2)изучить методику поставки опытов;3)провести эксперимент;4)сделать выводы на основании полученных данных.

Методы: эксперимент, анализ литературы.Объект исследования: растения.

Предмет исследования: испарение воды разными растениями

Глава 1 . Обзор литературы

Известно, что растения не только поглощают воду из почвы. Листья, находясь на воздухе, теряют влагу путем испарения, за исключением тех периодов, когда воздух насыщен водяными парами. Солнечное тепло вызывает испарение воды с поверхности клеток основной ткани, и образующийся водяной пар выходит из листа через устьица. Такая потеря воды, называется транспирацией.

Она может проходить во всех органах растения, находящихся на воздухе, но в основном осуществляется листьями. При испарении листья охлаждаются, и растение не перегревается. Испарение способствует передвижению воды в растении. С токами воды передвигаются и минеральные вещества. Испаряясь, вода в виде водяного пара попадает в воздух, увлажняя его.

Это свойство очень полезно для помещений с центральным отоплением, воздух которых очень сухой. Транспирация (от транс и лат. spiro — дышу, выдыхаю) – испарение воды растением.

Основной орган транспирации — лист, клетки основной ткани листа (мезофилла) которого постоянно выделяют в межклетники водяной пар, проникающий затем в окружающую атмосферу через устьица или через кутикулу.

В ночное время транспирация очень незначительна, потому что большинство устьиц закрыто, и испарение воды с поверхности клеток мезофилла замедлено из-за более низкой температуры. Устьица часто бывают также закрыты и во второй половине жаркого солнечного дня.

Это приспособление уменьшает транспирацию, и растение сберегает воду. Если снабжение растения водой достаточно, устьица остаются открытыми и растения за счет транспирации выделяют большое количество влаги.

При нормальном водном обмене в благоприятных условиях растение испаряет до 95 % воды, полученной из почвы. В процессе фотосинтеза на создание органического вещества используется совсем небольшая её часть (из 1 литра – 1,5–2 г).

А остальная влага проходит через устьица в виде водяного пара в процессе транспирации. Если же растение получает от корней мало воды, то устьица закрываются, сохраняя воду.

Множество устьиц очень эффективно для испарения водяного пара. Общая площадь их составляет около 1—3% всей поверхности листовой пластинки, но интенсивность испарения через устьица только на 25—50% ниже, чем через открытую поверхность, равную поверхности листа. На солнце растение за 1 ч испаряет в среднем около 50 см

3 воды на 1 м2 листовой поверхности. Разные растения испаряют разное количество воды. Так, кукуруза за сутки испаряет 0,8 л воды, капуста-1 л, дуб-50 л, а берёза 60 л воды. Чем крупнее листья растений, чем больше их поверхность, тем больше испаряется влаги. У растений одного вида в сходных условиях количество испаряемой воды тем выше, чем больше листовая поверхность. Например, с 1 га посева пшеницы выделяется около 2 тыс. т воды, кукурузы — 3,2 тыс. т, капусты — 8 тыс. т. Количество воды, испаряемое листьями деревьев в лесу, в значительной мере зависит также от осадков, влажности и температуры в данной области. 

Транспирация — необходимое условие для возникновения и сохранения в растении тока воды и растворённых в ней минеральных солей, поглощаемых растением из почвы; предотвращает перегрев листьев, поддерживает ткани листьев в состоянии, недостаточно насыщенном водой, и тем способствует сохранению на определённом уровне сосущей силы клеток. Величина транспирации зависит от числа устьиц, их размещения, степени открытости, строения эпидермиса, степени развития проводящей системы, величины осмотического давления клеточного сока, насыщенности цитоплазмы водой, а также от интенсивности освещения, температуры, влажности воздуха, силы ветра и от содержания в почве азота и др. элементов питания. Если температура высокая, солнце яркое, ветрено, влажность воздуха небольшая – испарение идёт очень интенсивно. В тихую, пасмурную погоду, при умеренной температуре испарение уменьшается.

Растения, которые произрастают в условиях постоянного недостатка влаги, выработали специальные приспособления для уменьшения испарения. Это небольшие листовые пластинки (кактусы), а также утолщённые стенки клеток кожицы, восковой налёт (крассула), густые волоски, отражающие солнечные лучи (узамбарская фиалка).

  Транспирация облегчает передвижение воды вверх по стеблю, способствует концентрированию в листьях разбавленных растворов минеральных солей, поглощаемых корнями и необходимых для синтеза новых клеточных компонентов. Испарение воды листьями разных растений нужно для самого растения, когда вода испаряется то растение охлаждается.

Лист поглощает около 75% падающего на него солнечного света, примерно 3% поглощенного света используется в процессе фотосинтеза. Остальная часть световой энергии превращается в тепловую, если её не удалить, то произойдет гибель тканей листа.

Часть этого тепла затрачивается на испарение воды (на превращение 1 л воды в водяной пар расходуется 540 ккал), а часть удаляется другими путями (излучение и конвекция).

Благодаря испарению листьями вода непрерывно поступает из почвы в проводящую систему корня и поднимается по стеблю и черешку к жилкам листовой пластинки.

Поднимается вода в листья и силой корневого давления. Водный ток в растении идёт снизу вверх – от корней к листьям. Снизу вода подаётся корнем, вверху листья её испаряют.

Таким образом, ток воды с растворёнными веществами становится непрерывным.

 

• Глава 2. Экспериментальная часть
• Для того чтобы выяснить, испаряет ли растение воду, мы провели несколько опытов.
• Опыт 1.      

Для эксперимента взяли цветок в горшке и полили его водой. Вода проникла в землю горшка.

1. Затем горшок с цветком накрыл целлофановым пакетом.
2. Края пакета прикрепили к стенкам горшка резинкой, чтобы воздух из пакета не смог выйти.
3. Пакет с растением оставил на столе на сутки.

Через сутки увидели, что стенки пакета на горшке с цветком побелели. На пакете увидели маленькие капельки воды.

Сняли пакет и обследовали листья цветка. Листья цветка были влажными, а на некоторых листьях можно было увидеть капельки воды.

Опыт 2.

Взяли 2 листа герани, 4 пробирки с одинаковым количеством воды.

В первую пробирку поставили лист герани и налили немного растительного масла, во вторую – налили масла, с третьей ничего не делали, в четвертую поставили лист герани, нижнюю поверхность которого смазали маслом (для закрытия устьиц), и налили масла.

Масло не дает воде испаряться с поверхности. Пробирки поставили на окно.

Через несколько дней смазанный маслом лист стал местами коричневым и подсох от перегрева, т.к. не смог охлаждаться за счет испарения воды.

В первой и в третьей пробирке уровень воды изменился, во второй и четвертой нет. Через 5 дней уровень воды заметно снизился в пробирке под номером 1 и 3.

• Опыт 3.
• Взяли два растения: Эсхинантус прекрасный и Гибискус китайский.

Измерили с помощью палетки площадь листьев. Провели несколько взвешиваний растений (результаты представлены в таблице) для определения количества испаряемой воды листьями.

Масса

1. воды испарив
2. шейся растением,
3. г
4. Интенсивность транспирации
5. T =(m2 –m1) /t*S, (г/дм2ч)
6. Испарение воды, г/см2
7. Эсхинантус прекрасный
8. 141
9. 85,6
10. 85,4
11. 85
12. 0,6
13. 0,00887
14. 0,0042
15. Гибискус китайский
16. 465
17. 83,3
18. 80
19. 78,1
20. 5,2
21. 0,0233
22. 0,01112

Мы видим, что все растения испаряют воду. Но Гибискус китайский испаряет воды больше, чем Эсхинантус прекрасный . Это связано с тем, что у Эсхинантуа прекрасного листья кожистые, слегка покрыты восковым налетом, что снижает испарение воды. Испаряя воду, растения повышают влажность воздуха класса, делая микроклимат помещения более благоприятным.

Заключение

Таким образом, в ходе работы мы подтвердили, что листья растений испаряют воду. Мы доказали, что при испарении лист охлаждается, при потере этого свойства, он получает ожоги или погибает.

Выдвинутая нами гипотеза полностью подтвердилась: разные растения испаряют разное количество воды.

 Работу можно продолжить в направлении выяснения, насколько повышается влажность воздуха помещения при испарении воды, сколько растений необходимо для создания благоприятного микроклимата по показателю влажности.

В ходе работы над проектом, я научилась ставить биологический эксперимент, проводить наблюдения и делать выводы, а так же находить информацию по теме в разных источниках.

 

Список использованной литературы:

1.Биология: Растения 6-7кл. –Учебник для 6-7 классов – Серебрякова, Шорина, Гуленкова-1992.2. Ботаника – Учебник для 5-6 классов – Корчагина В.А. – 1985.

Транспирация [электронный ресурс] режим доступ

3. http://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/111/792.htm 4. Процесс транспирации растений [электронный ресурс] режим доступ http://biofile.ru/bio/4613.html 5. Транспирация – Большая советская энциклопедия.  М.:  Советская энциклопедия.  1969—1978. [электронный ресурс] режим доступ http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/140779/Транспирация 

Что такое транспирация у растений в биологии

Статья дает представление о транспирации, ее видах, функциях, значении в жизни растительных организмов. Перечислены внешние и внутренние факторы, влияющие на интенсивность испарения растениями. Изложены ксероморфные признаки приспособлений флоры к дефициту и избытку влаги путем регулирования движения воды в органах.

Значение транспирации

Физиологический процесс передвижения и испарения воды растениями в биологии называют транспирацией. Механизм этого явления упрощенно выглядит так:

Упрощенный механизм движения воды в растении.

Под воздействием неодинакового осмотического давления вода с минеральными, органическими веществами по капиллярам растительной ткани (ксилемы) перемещается из почвы к наземным органам.

Движение влаги на свету протекает непрерывно, обеспечивая рост, развитие, обмен веществ организма. Основной орган транспирации — лист.

Через устьица он испаряет влагу, пропускает углекислый газ CO2, необходимый для фотосинтеза.

Через устьица растение теряет до 90% влаги.

Виды транспирации

Формы и пути передвижения влаги:

• устьичная — испарение из открытых отверстий, составляет больше 90% потерь воды, интенсивность пропорциональна числу устьиц;
• кутикулярная — расход воды через восковую кутикулу. Его доля 5–10%, толстая пленка препятствует транспирации;
• лентикулярная — испарение из почек, чечевичек на коре ветвей, побегов. Роль в водном обмене невелика.

Интенсивность транспирации зависит от метеорологических (внешних) и биологических (внутренних) параметров.

Факторы, влияющие на испарение

К показателям внешней среды относятся:

1. Температура воздуха и почвы — при их повышении транспирация усиливается.
2. Влажность воздуха и почвы — увлажнение воздуха снижает интенсивность испарения.
3. Освещенность — нагревает листву, содержащую хлорофилл, увеличивает потерю влаги. Устьица на свету открываются шире.
4. Скорость ветра — с возрастанием циркуляции воздуха испарение увеличивается.
5. Содержание углекислого газа CO2 — его влияние неоднозначно. Доказано, что недостаток влаги и жара угнетают растения даже при перенасыщении воздуха CO2.

Низкая влажность, повышенная температура, обилие света, циркуляция воздуха способствуют интенсивной транспирации.

Анатомические, биологические особенности листа относятся к внутренним факторам:

• площадь — с широкого листа испаряется больше влаги, чем с узкого;
• габариты растения, количество устьиц — обширная площадь листвы обеспечивает усиленное испарение;
• восковая кутикула, пушок уменьшают расход воды.

Элементы, участвующие в перемещении влаги — корни, ксилема, капилляры, жилки, устьица.

Влага может испаряться с обеих сторон листа.

Функции транспирации

Движение питательных веществ происходит из почвы вверх, затем жилками распространяется по площади листа. В процессе диффузии водяной пар перемещается через устьица из влажной среды в сравнительно сухое воздушное пространство. Окружающий воздух увлажняется.

Испарение охлаждает растение, не давая перегреться при жаркой погоде, способствует осуществлению физиологических, биохимических процессов.

Регулирование транспирации воздействием на движение воды

Растение регулирует скорость движения влаги путем изменения размеров устьиц, степени их раскрытия. В засушливых районах вырабатываются ксероморфные признаки экономии воды, растения адаптируются к ее недостатку.

Видоизмененная форма листа — защитная реакция на дефицит влаги. Испарение резко уменьшается за счет превращения листьев в иглы у хвойных деревьев, шипы и колючки у суккулентов, свернутые трубкой листья ковыля.

Каждое растение приспосабливается к окружающей среде.

Толстая блестящая пленка, восковой налет, отражая лучи солнца, блокируют кутикулярную транспирацию. Потерю влаги снижают небольшие кожистые листья, наличие ворсистости.

В условиях избытка влаги испарение с листа отсутствует. Саблевидные, складчатые, свисающие вниз листья с желобками по краю сбрасывают воду. Во влажных лесах тропической зоны наблюдается гуттация, когда на листву выделяются капли воды. Подобное явление возникает под укрытием теплиц, при проведении поливов дождеванием.

Испарение с листа создает беспрерывное передвижение влаги и питательных веществ. Транспирация защищает растение от перегрева. Формирует саморегулируемый водный режим, смягчает влияние неблагоприятных факторов. Это главное биологическое свойство растений.

Испарение влаги. Физический суть. Общие представлния

Молекулы воды находятся в постоянном тепловом движении. Их среднюю квадратичную скорость можно выразить за соотношением (Н.А. Качинский, 1970) Где V2 – скорость, м/сек.

; К – константа Больцмана; Т – абсолютная температура; m – масса молекулы воды.

Расчёты по формуле (1) показывают, что в пределах между точками замерзания и кипения средняя квадратичная скорость молекул воды возрастает от 613 до 715 м/сек3.

Физическая суть испарения и конденсации

Пребывая в хаотическом тепловом движении, молекулы воды в пограничном слое вода – атмосфера, двигаются по нормами к поверхности воды со скоростью, которая превышает среднюю, могут прорывать водную плёнку и выскакивать в атмосферу – переходить в пар.

Переход вещества из жидкого или твёрдого состояния в парообразное называется испарением. Так как при испарении воды расходуется скрытая теплота парообразования, и в атмосферу переходят молекулы имеющие наибольшую кинетическую энергию. Испаряющая водная среда снижает соответственно свою температуру.

Для поддержания её на определённом уровне необходим приток тепла извне.

Количество тепла, необходимого для преобразования единицы воды в пар при данной температуре, называется теплотой испарения при этой температуре. Например:

Молекулы пара, которые хаотически двигаются в воздухе, подлетая к поверхности воды, могут попадать в сферу действия сил притяжения её молекул и перейти в жидкость. Этот процесс называется конденсацией.

Процессы испарения и конденсации протекает одновременно. Если преобладает первый из них, то количество воды уменьшается, а количество пара над ней, увеличивается. Если преобладает второй процесс, то имеет место противоположная картина.

Если число молекул, которые оставляют воду за одну секунду, равное количеству молекул, которые возвращаются к ней за то же самое время с пара, то наступает динамическое равновесие: количество воды и пара остаётся неизменным. Пар, находящийся в равновесии с водой, называется насыщенным.

Если пар будет переноситься в окружающее пространство (путём диффузии или под влиянием воздушных потоков), то насыщение и динамическое равновесие не наступит, вода будет всё время испаряться, причём тем интенсивнее, чем быстрее уносятся прочь её пары. Особенно интенсивно идёт испарение в жаркую пору года при сильном ветре.

Количественно испарение характеризуется скоростью испарения – массой воды, которая испаряется с единицы поверхности за единицу времени. Для практических целей скорость испарения выражается высотой (в миллиметрах) слоя воды, который испаряется в единицу времени.

Слой воды высотой в 1 мм, которая испарилась с площади 1 м2, соответствует массе воды в 1 кг или 1 л воды (1 мм воды = 10 м3/га = 10 т/га).

На интенсивность испарения влияет много факторов, в том числе и метеорологических. Главные из них температура испаряющей поверхности, влажность воздуха и ветер.

• Помимо испарения существует такое понятие, как испаряемость, под которым понимают максимальное количество влаги в миллиметрах, которое может в данных метеорологических условиях испарится с водной поверхности или с поверхности переувлажнённой почвы за любой промежуток времени.
• На Украине испаряемость увеличивается с северо-запада на юго восток, так как в этом направлении увеличиваются тепловые ресурсы и сухость воздуха.
• Вода, которая поступила в почву и задержалась в ней, в дальнейшем расходуется в процессе испарения, которое дифференцируется на:

• испарение физическое – самой почвой
• транспирационное – растениями в процессе их жизнедеятельности.

1. Испарение физическое плюс транспирационное объединяют в понятие испарение суммарное или общее, или эвапотракспирация.
3. Скорость физического испарения воды с почвы зависит от её:

• влажности и цвета,
• характера испаряющей поверхности
• гранулометрического состава почвы,
• рельефа и экспозиции склонов и.т.п.

С увеличением влажности почвы испарение возрастает. С неровной поверхности (вспаханное поле) испарение происходит интенсивнее, чем с ровной так как увеличивается сама поверхность испарения, и, кроме того, над шероховатой поверхностью сильнее развито турбулентное перемещение паров воды.

Песчаные почвы испаряют меньше, чем глинистые, и эта разница тем больше, чем больше частички песка.

Рельеф обуславливает скорость ветра и разницу в температуре почвы.

• На возвышенностях скорость ветра большая, чем в низинах, в следствие чего испарение большее.
• Склоны южной экспозиции прогреваются лучше, чем северные, поэтому испарение на южных склонах более интенсивное.

Испарение воды растениями называется транспирацией. Интенсивность транспирации зависит от тех же метеорологических факторов, что и физическое испарение с поверхности почвы.: Температуры и влажности воздуха, скорости ветра. Интенсивность транспирации зависит от вида и сорта, состояния и фазы развития растений.

Коэффициент транспирации – отношение массы воды, которая расходуется на транспирацию, до массы сухого вещества (биологического урожая), за вегетационный и межфазный период.

Значение коэффициента транспирации зависит от условий произрастания: в более влажном климате и при значительных дозах удобрения транспирационный коэффициент снижается.

Чем лучше условия внешней среды для растений, выше агротехника и выше урожайность, тем меньший коэффициент транспирации (табл. 1).

1. Ориентировочные значения коэффициента транспирации различных культур (А.П. Лосев, Л.Л. Журина, 2001)

Культура	Коэффициент транспирации	Культура	Коэффициент транспирации
Пшеница	450 – 600	Конопля	600 – 800
Овёс	600 – 800	Лён	400 – 500
Рожь	500 – 800	Подсолнечник	500 – 600
Горох	290 – 420	Травы	500 – 700
Гречиха	500 – 600	Картофель	300 – 600
Просо	200 – 250	Овощи	500 – 800
Рис	500 – 800	Ячмень	310 – 770
Кукуруза	250 – 300	Лиственные породы деревьев	400 – 600

Общие представления об испарении влаги с почвы

Осадки, которые выпадают на земную поверхность, испаряются как непосредственно с почвы (физическое испарение), так и через растения (транспирация).

Вода также испаряется с поверхности растений и других предметов (вода, которая задержалась на их поверхности после выпадения дождя, росы, снега, инея).

Все эти виды испарения в гидрологической литературе принято называть суммарным испарением или эвапотранспирацией. Агрономов прежде всего интересует физическое испарение, которое составляет наибольшую статью непродуктивных потерь почвенной влаги. Поэтому в дальнейшем мы будем рассматривать именно этот процесс.

Обычно выделяют три характерные стадии испарения воды почвой в процессе её высыхания.

Испарение при достаточном увлажнении поверхности почвы (первая стадия)

Наблюдается при насыщении почвы водой почти до полной влагоёмкости. В таком (мокром) состоянии почва испаряет воды столько же, как и открытая водная поверхность, или даже больше при условии, что поверхность почвы характерна неровностями, имеет более тёмный цвет и лучше прогревается.

При таком увлажнении почвы приток воды по капиллярам к её поверхности равный испаряющей способности почвы (испаряемости) или превышает её. Свойства почвы при этой стадии увлажнения на испарение воды влияют слабо (кроме её теплоёмкости).

Интенсивность испарения определяется исключительно комплексом метеорологических условий, при котором оно происходит.

Испарение при недостаточном увлажнении поверхности почвы (вторая стадия)

Когда почва теряет определённое количество воды, скорость движения последней замедляется, и подток воды к испаряющей поверхности уже не компенсирует испарение. Тогда поверхность почвы подсыхает, и фронт испарения (зона преобразования) опускается в глубь.

Скорость испарения при этом определяется скоростью притока воды в зону парообразования и в значительно меньшей мере – уменьшением уровня увлажнения верхнего просыхающего слоя почвы.

Интенсивность испарения при этом, кроме метеорологических условий, зависит от капиллярной проводимости почвы. С высыханием почвы всё большая часть капилляров выключается с водопроводящей системы. Фронт капиллярной подачи воды опускается.

Испарение от капиллярно увлажнённого слоя почвы идёт теперь под поверхностью. Пары воды через просушенный верхний слой почвы в атмосферу проникают диффузно.

Так как интенсивность испарения на этой стадии кроме всего зависит от глубины зоны испарения и рыхлости почвы, через которую будут проникать пары воды.

Отсюда станет понятным, что интенсивность испарения при постоянных внешних условиях будет явно затухать.

Приостановление испарения влаги (третья стадия)

Почва постепенно просыхает сверху вниз, отдавая влагу диффузно в форме пара. Скорость испарения при третьей стадии значительно ниже, чем при второй и беспрерывно падает.

Естественно, в природных условиях чёткой границы между этими стадиями испарения нет. Каждая последующая стадия зарождается в пределах предыдущей и какое то время они идут параллельно. При этом первая постепенно затухает, вторая нарастает.

4. Почвенная влага. Испарение

Лекция 4.  Почвенная влага. Испарение

Почвенная влага.     

Вода необходима для растений и получают они ее в основном из почвы. Поэтому агрометеорология изучает влажность почвы, закономерности ее формирования и изменения во времени и пространстве в различных зонах.

     Вода связывается  почвой с разной степенью прочности, поэтому запасы влаги в разных почвах могут различаться при одинаковой их влажности. При снижении количества воды в почве до определенного предела, растение начинает завядать. Влажность почвы, при которой тургор растений не восстанавливается, называется влажностью устойчивого завядания.

Эта величина практически не зависит от особенностей растений и определяется свойствами почв. Чем мельче частицы почвы, чем больше капиллярных пор и органического вещества, тем больше в почве прочносвязанной воды, недоступной для растений и выше значения влажности завядания.

Например, устойчивое завядание наступает при влажности: песка – до 1,5%, суглинка – до 12%, глины – до 20%, торфа – до 50%.

•       Используемая растениями влага называется продуктивной (Wпрод) – это количество воды, содержащееся в почве сверх влажности устойчивого завядания (Wзавяд) Запасы продуктивной влаги выражаются высотой слоя воды в миллиметрах. Для расчета запасов ее используют формулу:
• Wпрод. = 0,1dH (Wфакт – Wзавяд),
• где: 0,1 – коэффициент для перевода количества воды в мм слоя; d – объемная масса почвы, г/см3; Н – толщина слоя почвы, для которого производится расчет, см, Wфакт – влажность почвы во время определения, % от массы почвы; Wзавяд – влажность устойчивого завядания, %.

     В агрометеорологии запасы воды на полях дают в мм слоя продуктивной влаги и определяют на постах для каждых 10 см профиля почв до глубины 1 м. Кроме влажности завядания определяют различную влагоемкость почв: полную, капиллярную и наименьшую.

      Полная влагоемкость определяется при заполнении водой  всех пор в почве.

Рекомендуемые файлы

      Капиллярная – при заполнении только пор-капилляров, размером менее 1 мм, при подъеме грунтовых вод от уровня их залегания.

      Наименьшая влагоемкость – это такое количество воды, которое может удержать почва, исключая гравитационную воду (ранее называлась как предельная полевая влагоемкость). До этого состояния увлажняется почва при орошении.

     Основные методы определения влажности почв термостатно-весовой и различные дистанционные. Весовой наиболее точный, но и трудоемкий.

Заключается он в следующем: отбирают образцы почв через каждые 10 см до нужной глубины почвенным буром, образец помещают в алюминиевые стаканы с крышками и взвешивают с точностью до 0,1 г, высушивают в стаканах в термостате при 105оС до постоянного веса (до 8 часов), рассчитывают влажность  в %  по разности веса:

                              W = [(Р1 – Р2)  :  Р2] ´100%,

где: Р1 -вес до высушивания, г; Р2 -вес после высушивания, г. Дистанционные методы измерения влажности почв менее точные, используются на оросительных системах для автоматического включения их для полива.

Водный баланс поля.

     Количество воды, получаемое растениями, определяется многими факторами, которые обусловливают ее расход, приход и перераспределение. Динамика запасов влаги в почве является элементом водного баланса суши в годовом кругообороте. Упрощенно – это разность между приходом и расходом воды на конкретной территории.

Основным элементом прихода ( Wприх.),  при отсутствии орошения или осушения, являются:  осадки ( А ), приток в почву от грун-товых вод ( Мг ), приток поверхностных вод ( Мп ), внутри-почвенный приток ( Мвп ),  конденсация водяного пара в почве из воздуха атмосферы ( Мк ).

Расходуется вода   (Wрасх.) на: испарение растениями (транспирацию) и – с поверхности почвы, которые часто учитываются как суммарное водопотребление ( Е ), отток за пределы корнеобитаемого слоя ( Ф ), поверхностный сток ( С ), внутрипочвенный сток ( Сп ).

Эти элементы составляют водный баланс, который можно представить в виде уравнения:

Wнач. – Wкон. = Wприх. – Wрасх. =

= (А+ Мг + Мп + Мвп + Мк) – (Е + Ф + С + Сп),

где: Wнач. – начальный запас влаги; Wкон. – запас в конце периода наблюдений.

     Чаще всего для упрощения расчетов используют основные элементы, преобладающие по величинам:

Wприх. – Wрасх. = (А + Мг + Мвп) – Е.

Испарение.

     Водяной пар постоянно поступает в атмосферу в результате испарения с поверхностей воды, почвы и растений. Испарение воды растениями называется транспирацией, а испарение с почвы и растений – суммарным испарением.

      При испарении отдельные молекулы воды отрываются от водного зеркала или влажной почвы и переходят в воздух как молекулы водяного пара.

В воздухе они распространяются во все стороны от источника испарения вследствие собственного движения молекул, осуществляя молекулярную диффузию, а также вместе с общим переносом воздуха.

В горизонтальном направлении воздух переносится ветром, в вертикальном –  турбулентными вихрями, возникающими из-за разности температур воздуха.

     Одновременно с испарением происходит обратный процесс перехода молекул водяного пара из воздуха в воду или в почву. Испарение прекращается при достижении подвижного равновесия, при котором количество отрывающихся молекул становится равным возвращающемуся из воздуха.

Такое состояние называется насыщением, а  воздух, содержащий такое количество водяного пара, – насыщенным. Чем выше температура воздуха, тем больше он может содержать водяного пара. На каждые 10оС повышения температуры воздуха, содержание пара в состоянии насыщения удваивается.

Например, при t = 30о воздух может содержать водяного пара в 7 раз больше, чем при t = 0о.

      Капли жидкой воды в облаках и туманах часто находятся в переохлажденном состоянии (до –10о), поэтому в атмосфере вода и лед могут находиться одновременно (в смешанных облаках).

      Испарение зависит главным образом от температуры испаряющей поверхности, влажности воздуха,  скорости ветра и атмосферного давления. Годовая сумма испарения с поверхности Мирового океана 450 тыс.м3, суши – 70 тыс.м3.

      Количественно испарение характеризуется скоростью: это масса воды, которая испаряется в единицу времени с единицы площади. Скорость испарения с водной поверхности увеличивается с увеличением ее температуры, дефицита водяного пара над ней и скорости ветра.

Меньше влияет атмосферное давление, прозрачность воды (обратно пропорционально), прямая солнечная радиация (прямо пропорционально).

Скорость испарения с поверхности почвы прежде всего зависит от температуры почвы, влажности воздуха, скорости ветра, количества воды в почве, физических свойств почвы, состояния поверхности, растительности.

Наибольшее испарение при прочих равных условиях будет с поверхности темных (сильнее нагреваемых, чем светлые) влажных почв с плохой структурой, лишенных растительности при низкой влажности воздуха и сильном ветре.

      Скорость испарения воды растениями (транспирация) определяется теми же факторами, что и с поверхности почв, но она меньше. Растения, благодаря собственным регулирующим системам, могут экономить воду, уменьшая транспирацию. Однако в целом общий расход воды может составлять более 800 кг на образование 1 кг зеленой массы.

      Испарение воды с поверхности почвы и растений, называемое суммарным испарением, обусловлено мощностью растительного покрова, биологическими особенностями растений, глубиной корневой системы и др.

Вам также может быть полезна лекция “14. Рецензия”.

      Рассматривая количество воды, которое испаряется в конкретном месте, различают фактическое испарение и возможное или испаряемость. Фактическое испарение может быть значительно меньше возможного по метеорологическим условиям (например, в пустыне испаряется очень мало влаги из-за ее отсутствия).

Чтобы иметь представление о предельно возможном испарении в конкретных условиях, определяют испаряемость. Особенно это важно, например, для расчета оросительных мероприятий. Испаряемость это максимально  возможное  испарение, не ограниченное запасами влаги.

Эта величина может быть достигнута в естественных условиях  при испарении с поверхности водоема или избыточно увлажненной почвы.

      Измеряют испарение испарителями или рассчитывают по уравнениям теплового или водного баланса. В качестве испарителей используют бассейны площадью 20 и 100 м2, 3000 см2, для почв – 500 см2.

Почвенный испаритель состоит из двух металлических цилиндров, внешний установлен до глубины 53 см, внутренний, с почвенным монолитом с ненарушенной структурой и растительностью, – до 50 см. Дно внутреннего цилиндра имеет отверстия для слива избытка влаги.

Каждые 5 суток внутренний цилиндр с почвой вынимают и взвешивают. Испарение (Е, мм) рассчитывают по формуле:

Е = 0,02 ´ (q1 – q2) – W +A,

где: 0,02 – коэффициент для перевода граммов в мм слоя воды; q1 – вес испарителя предыдущий, г; q2 – вес испарителя в настоящий момент, г; W – количество воды под цилиндром, мм; А – количество выпавших осадков, мм (за период между определениями).

      Наибольшие колебания испарения в течение суток наблюдаются летом с максимумом в 14 часов и минимумом – перед восходом Солнца.

В полярных областях, при низких температурах, испаряемость составляет менее 100 мм в год, в Центральной Европе – около 400 мм, в Москве – 420 мм.

В Средней Азии, на фоне высоких летних температур и боль-шого дефицита влажности, испаряемость доходит до 1800 мм в год, а в Сахаре, в 500 км от атлантического побережья, – 3000 мм.

      Одна из важных задач агротехники – сокращение непроизводительного испарения воды из почв. Для этого применяют различные приемы, которые позволяют нарушить почвенную капиллярность, через которую идет испарение: раннюю вспашку и боронование (закрытие влаги), рыхление междурядий пропашных культур.

Применение ранней вспашки предотвращает также поверхностный сток в 2 – 5 раз (чем южнее, тем больше). Эффективна осенняя безотвальная вспашка, после которой растительные остатки на поверхности действуют как мульчирующий слой.

Лесные полосы защищают поля, снижая скорость ветра, что увеличивает влажность воздуха и снижает испарение.    

Процесс транспирации у растений: роль и описание процесса

Транспирация – это термин, отражающий процессы передвижения воды по организму растений с последующим её выведением через поверхность наружных органов (листья, стебель). Большая часть жидкости выводится через устьичные щели (порядка 95-99%) и только оставшиеся 1-5% процентов воды участвует в непосредственно метаболических реакциях организма растительных клеток.

Функции транспирации

Вода поглощается растением из почвы, откуда распределяется по всему организму благодаря наличию проводниковой ткани (ксилемы). Выводится вода через специальные устьицы, при выведении жидкости через органы транспирации растений происходит открытие устьиц, в результате чего в растительный организм может поступать углекислый газ.

Другая особенность трнаспирационных явлений заключается в том, что при протекании данного физиологического процесса происходит охлаждение растительного организма, улучшение тока питательных веществ к функциональным частям растительного организма, также изменяется осмотическое давление в растительные клетках, что в значительной мере определяет тургор. Помимо прочего благодаря протеканию транспирационных явлений реализуются процессы (обязательным условием протекание которых является наличие H20): фотосинтез, рост, развитие и метаболизм растительных клеток. Подытожим функции транспирации:

• участвует в обеспечении фотосинтетических процессов водой;
• участвует в испарении воды с листьев и стебля;
• охлаждает растительного макроорганизма;
• улучшает ток питательных веществ и воды к растительным клеткам;
• изменяет осмотическое давление в растительные клетках;
• влияет на тургор;
• открывает устьицы, что позволяет растению активно поглощаться углекислый газ.

Примеры транспирации

В зависимости от различия в органах испарения воды буду наблюдаться различные виды транспирационных явлений:

• стоматальная и лентикулярная транспирации;
• кутикулярное дыхание.

Стоматальная транспирация

При протекании данного процесса происходит выведение воды благодаря наличию специальных устьиц в поверхности листа.

При выведении влаги с листьев вода на финальной части пути к наружной поверхности органа выделения превращается к парообразную форму существования (водяной пар) и выводит через поверхность устьиц.

Данный вид выведения жидкости по-другому также может называться транспирацией листьев.

Кутикулярное дыхание

Кутикула – это воскообразное покрытие листьев растений. Кутикулярное испарение воды происходит в сухих условиях, когда устьицы листьев закрыты. Благодаря кутикулярному дыханию теряется порядка 5-10% воды.

Лентикулярная транспирация

Лентикулярное выведение влаги представляет собой процесс выделения жидкости посредством использования чечевиц. Чечевицы – это небольшие порообразные структуры, которые имеются далеко не у всех семейств растений. Процент выведенной воды при таком способе выделения значительно меньше, чем при других примерах данного процесса.

Факторы, которые влияют на транспирацию

Обозначим основные факторы окружающей среды, которые активно влияют на процессы транспирации:

• температура;
• соотношение влажности почвы и воздуха;
• скорость ветра.

При значительном повышении температурного фактора происходит открытие устьиц, в результате чего скорость выделения воды (особенно стоматальной) значительно повышается.

При высокой влажности воздуха любой процесс испарения затрудняется, однако для процесса транспирации и его скорости важно соотношение влажности почвы и воздуха. При наличии в почве большего количества влаги, чем в воздухе скорость удаления жидкости повышается.

Ветер сдувает капли влаги с поверхности листьев, в результате чего образуются новые. Таким образом, чем выше скорость ветра, тем больше скорость транспирационных процессов.

Транспирация как часть круговорота воды

Транспирационные процессы растения участвуют в протекании круговорота воды в природе. Испарение с поверхностных органов растений является частью суммарного испарения. В последующем образуются осадки, из которых посредством дождей жидкость попадает в почву, откуда вновь всасывается в растения с последующим за этим испарением.

Биологический процесс распределения и испарения воды в растительном организме достаточно сложная теоретическая часть ботанической науки, однако понимание фундаментальные основ и принципов протекания транспирационных явлений в растениях, позволяет человеку понимать генез воды на поверхностях стеблей и листьев (а также чечевиц) растений в различные периоды времени.