Откуда дерево берет воду

Как дерево впитывает и использует воду

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

Оглавление:

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.

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.

Источник

Как деревья поднимают воду высоко наверх

Казалось бы довольно простой вопрос из школьной биологии: как вода из почвы поднимается на много метров вверх до листьев дерева. Секвойя иногда вырастает высотой 100 метров, и вода транспортируется до самой верхушки без насосов и моторов в корнях, и всё против силы тяжести. Но ответ довольно сложен, действуют несколько разных физических факторов, и ученые до сих пор уточняют, какой из них играет большую роль.

Вода — основа жизни на Земле, и для деревьев она важна не меньше, чем для людей. Раскрытие механизмов транспортировки воды на верх в деревьях лежит на стыке следующих наук: физика, гидравлика, химия, биология, и цитология (наука изучающая клетки).

Первое, что вспоминается, когда задумываешься о транспортировки воды деревьями — это капиллярный эффект. Смысл в том, что жидкость поднимается в узких каналах вверх, благодаря силам взаимодействия молекул (смачивание). Причем чем меньше диаметр канала, тем выше может подняться cтолб жидкости. Этот эффект довольно нагляден в быту (на различных пористых материалах): так намокает вверх снежок в грязной луже, салфетка или кирпич, если касается воды.

Но одного капиллярного эффекта тут недостаточно: длинных трубок в прямом смысле в проводящей ткани (ксилеме) дерева нет (там клеточные стенки), да и при нормальном давлении столб воды не может быть выше 10,3 м. Для кустов пойдет, но большинство деревьев растут выше. Чтобы поднять воду еще выше, нужно большее давление (выше атмосферного ~10 раз в случае гигантов секвой и эвкалиптов). Какой же природный насос его создает? А давление в коре дерева приличное, есть много практических опытов это доказывающих.

У деревьев в корнях такой насос есть — работает он на принципах прямого осмоса. В клетках корней есть мембраны с особой проводимостью, давление воды повышается за счет различной концентрации растворенных солей в почве и в тканях дерева (у корней живого дерева вода с меньшим содержанием солей). Клетки работают как каскад насосов. Соли остаются в тканях дерева, вода поступает для роста новых клеток и процесса фотосинтеза, а излишек (90%) просто испаряется через листья (там есть регулируемые поры). Осмос работает и весной, пока еще нет листьев.

А вот к испарению воды с листьев стоит присмотреться подробнее. Оно тоже влияет на тягу воды от корней к верху дерева (сила Лапласа), и называется весь процесс транспирация. Транспирация не только работает на перенос жидкости в дереве, но и защищает его от перегрева. Важным условием работы такого испарительного насоса является когезия (неразрывность) транспортируемой воды в ксилеме и адгезия к капиллярам. Испарение воды с листьев «подсасывает» пониженным давлением новую воду снизу вверх. Ток воды наверх дерева может достигать 2 мм в секунду.

А с ростом высоты дерева, повышается влияние электрических факторов (да без электрических сил не обошлось, в микромире они играют важнейшую роль). Растет разница электрических потенциалов, и это влияет на «сцепляемость» молекул воды и неразрывность поднимаемого потока.

Как видим, деревья используют различные методы транспортировки воды вверх против силы тяжести, причем в разное время года и для разных растений действуют различные «насосы» или их комбинации. Деревья, которые нас окружают, могут удивлять, ученым еще есть над чем поработать.

Источник