Много ли воды испвряют растения!
Обнаружить процесс испарения воды можно, поместив листья любого неповрежденного растения (например, герани) в колбу, закрепленную горизонтально в штативе. Отверстие следует закрыть ватой.
Вскоре мы увидим, что внутренняя поверхность колбы покрылась каплями влаги. Это — конденсат водяных паров, выделенных листьями.
Попытаемся выяснить, какая сторона листа сильнее испаряет воду. Для этого приготовим 5 %-ный раствор хлорида кобальта и погрузим в него кусок фильтровальной бумаги. Влажная бумага имеет розовый цвет, однако при высушивании приобретает ярко-синюю окраску. Подсохшую фильтровальную бумагу приложим к обеим сторонам листа и прикроем сверху и снизу стеклами, которые закрепим резинкой.
Спустя некоторое время бумага начнет розоветь. Это значит, что лист испаряет воду, под воздействием которой и изменилась окраска нашего индикатора. Особенно интенсивно порозовение идет на нижней стороне листа. Это обусловлено тем, что обычно здесь располагается больше устьиц и, следовательно, сильнее происходит испарение.
Значительное количество воды транспирирует растительность лесов. Взрослая береза за сутки испаряет около 40 литров воды, а за весь вегетационный период — семь тысяч. Еще более интенсивным испарением обладают ивы и тополя. За вегетационный период лесные массивы Центральной Европы в ходе транспирации выделяют около 250—400 миллиметров влаги.
Лесоводы давно уже подметили, что на месте вырубленных лесов нередко образуются болота, которые исчезают в том случае, если на них вырастут новые леса, которые высосут из почвы избыточную влагу.
Вырубка лесов ведет к резкому поднятию грунтовых вод. На рисунке показано изменение их уровня под буковым лесом. В течение весенне-летнего сезона он постепенно снижался, достигнув своего минимума осенью. Зимой запасы грунтовых вод пополнялись. Но когда произвели сплошную рубку букового леса, грунтовые воды на протяжении всего года оставались приблизительно на одном уровне.
Чрезвычайно большое количество воды испаряют эвкалипты. В течение года одно растение эвкалипта способно испарить до 14 тонн воды. Возникает вопрос, почему именно эти растения являются рекор-
Уровень грунтовых вод под буковым лесом до и после сплошной рубки.
диетами по интенсивности транспирации? Это отнюдь не случайно. Эвкалипты — самые высокие цветковые растения. Так, в прошлом были описаны экземпляры высотой до 155 метров при диаметре ствола 25. Сейчас таких гигантов нет, но 100-метровые деревья в возрасте 350—400 лет сравнительно недавно еще можно было встретить во влажных лесах Австралии. Чтобы поднять воду так высоко, одного корневого давления мало — его едва хватает, чтобы доставить ее на десятиметровую высоту. Испарение — вот тот двигатель, который позволяет транспортировать влагу на более высокий уровень, и чем интенсивнее этот процесс, тем легче деревьям снабжать водой листья. Так что вовсе не случайно эвкалипты транспирируют так интенсивно.
Для некоторых читателей, возможно, осталось неясным, почему испарение воды способствует ее поднятию по стеблю. Поясним это на опыте. Возьмем небольшой отрезок стеклянной трубки, в один конец которой герметично вставим срезанную ветку какого-нибудь дерева или кустарника, а через другой наполним ее водой. Затем зажмем свободное отверстие пальцем и погрузим трубку в ртуть. Вскоре мы увидим, что последняя начинает подниматься, замещая всасы-
Всасывание воды веткой, вставленной в стеклянную трубку, конец которой погружен в чашку с ртутью.
ваемую веткой воду. Точно такое же явление наблюдается и в природе: листья дерева испаряют воду и одновременно поднимают жидкость, находящуюся в сосудах стебля, подобно ртути в стеклянной трубке.
Итак, эвкалипты, чьи корни уходят на глубину 30 метров, словно гигантские помпы выкачивают воду из почвы,бесперебойно снабжая ею огромную крону.
Еще в прошлом веке возникла мысль об использовании этих гигантов растительного мира для осушения болотистых местностей в южных широтах, где велика вероятность появления малярии. К тому же оказалось, что эвкалипты выделяют особые вещества — фитонциды, губительно влияющие на патогенные микроорганизмы и комаров, участвующих в распространении малярийного плазмодия. Благодаря этим веществам деревья обеззараживают воздух.
В 1909 году эвкалиптовые посадки с успехом использовались для этой цели в Португалии. В Италии с их помощью были осушены Понтийские болота. Высаженные на мысе Доброй Надежды, они в течение трех лет буквально преобразили нездоровый климат местности.
В 30-х годах большое количество эвкалиптовых деревьев было высажено в Грузии для уничтожения Колхидских болот — крупного очага распространения малярии.
Благодаря интенсивному росту очень быстро саженцы превратились в мощные деревья и местность стала здоровой.
К сожалению, эвкалипты теплолюбивы, поэтому их нельзя высаживать в северных районах, где почвы нередко переувлажнены.
Растения в засушливых районах транспирируют с различной скоростью. Те из них, которые достигают своими корнями грунтовых вод, испаряют обычно много влаги. Это — так называемые фреатофиты: финиковая пальма, верблюжья колючка. Американские геоботаники считают, что массовое развитие фреатофитов в районах, слабо обеспеченных водой представляет большую угрозу сельскому хозяйству, поскольку чревато непроизводительными потерями воды, поэтому солеустойчивый кедр принес немало бед в аридные районы юго-запада США. Это растение отличается чрезвычайно глубоко залегающей корневой системой и высокой интенсивностью транспирации. При прорастании семян и на начальных этапах развития оно нуждается во влажных условиях.
В дальнейшем, кедр способен обеспечить себя водой из глубинных почвенных горизонтов. Однако в результате сильной транспирации этот вид поглощает слишком большое количество влаги из почвы. Он обживает места, расположенные около естественных источников — ручьев и ключей. Впервые это растение появилось в Мертвой долине в районе Игл Боракс Спринг в 1930 году и уже к 60-м годам способствовало полному исчезновению поверхностных вод. Когда же кедр был уничтожен, вода снова вернулась.
Советские ученые тоже наблюдали понижение уровня грунтовых вод в результате деятельности фреатофитов. Так, например, по мере развития растительности в Кура-Арак- синской низменности и в Ногайской степи грунтовые воды заглублялись, и этот процесс длился вплоть до ноября — декабря — времени, когда растения заканчивают свое развитие и перестают транспири- ровать. Выпадающие зимой дожди пополняют запасы подземных вод, и их уровень начинает вновь повышаться.
Относящаяся к числу фреатофитов финиковая пальма расходует на транспирацию до 1752 миллиметров влаги. И это в местах, где количество осадков не превышает 200 миллиметров! Ясно, что столь неэкономное испарение воды обусловлено бесперебойным поступлением ее через корни.
Другие растения приспособились к существованию в засушливых районах, наоборот, благодаря резкому сокращению транспирации. Их корни не могут в достаточном количестве поставлять воду, поэтому оии погибли бы в случае интенсивного испарения от обезвоживания. Вот почему при недостатке влаги саксаул сбрасывает молодые побеги и таким образом регулирует свой водный режим.
Очень экономно расходуют воду кактусы, о которых Владимир Маяковский писал:
Из всей бузы и вара Встает
растенье-кактус Трубой от самовара.
Действительно, форма кактусов необычна. Они похожи и на ребристые шары, и на многогранные зеленые колонны, иногда — на огромные канделябры (подсвечники). Особенности строения кактусов обусловлены необходимостью приспосабливаться к чрезвычайно засушливым условиям. Во-первых, у них очень небольшая поверхность тела и вместо листьев торчат колючки. Во- вторых, стебли покрыты плотной и толстой кожицей с небольшим количеством устьиц, которые почти всегда закрыты. Все это приводит в резкому сокращению транспирации.
О растениях, запасающих воду, мы поговорим особо.
Источник
Испарение воды растениями
Растения испаряют большое количество воды; больше, чем используют на процессы жизнедеятельности. Испарение осуществляется в основном через листья. Вода поступает в листья из корней по стеблям. Корни всасывают воду из почвы.
Испарение воды растениями также называют транспирацией.
Значение испарения
Зачем же растениям всасывать большое количество воды из почвы, если потом они всё-равно ее испаряют?
Во-первых, растения всасывают не только воду, но и растворенные в ней минеральные вещества. Их не так много. Поэтому, чтобы удовлетворить потребность в минеральных веществах, растению требуется «прогнать» через себя большое количество воды. Излишки воды при этом испаряются. А сам процесс испарения, наряду с корневым давлением, способствует поднятию воды из корней в листья.
Во вторых, испарение способствует охлаждению растения. Принцип тот же, что потоотделение у животных. Вода обладает большой теплоемкостью («вмещает», «поглощает» в себя большое количество тепла). Поэтому, когда растение на солнце начинает перегреваться, оно испаряет большое количество воды. Водяной пар уносит из растения излишки тепла.
В третьих, вода нужна самому растению. Много воды содержится в клетках, она участвует во многих химических реакциях в клетках, является средой для протекания остальных реакций. Если бы на Земле не было воды, то жизнь бы не возникла. Это связано с тем, что в клетке протекает множество химических реакций, которые возможны лишь в водной среде. Следует особо отметить, что вода участвует в процессе фотосинтеза. В частности, из воды и углекислого газа образуется органическое вещество.
Устьица
Большинство растений испаряют воду в основном нижней стороной листа. Здесь среди бесцветных клеток покровной ткани есть особые образования — устьица. Они состоят из пары зеленых клеток, способных образовывать между собой щель.
Количество устьиц на листе большое, у разных видов растений разное. Все зависит от приспособленности растений к конкретным условиям обитания.
Когда растению требуется испарить воду, устьица открываются, между их клетками образуется щель, и через нее выходят водяные пары. Внутри листа есть много межклетников, куда из клеток выходит часть воды. В межклетниках вода находится в виде пара. Когда устьица открываются, вода из межклетников выходит за пределы листа.
Обычно у растений устьица открыты днем, а ночью закрыты. Однако, если растению не хватает воды, то оно закрывает устьица, стараясь уменьшить испарение.
Листья и испарение
У растений произрастающих в разных условиях окружающей среды выработались некоторые свои приспособления к испарению воды листьями.
У растений обитающих во влажном теплом климате большие листовые пластинки. Такие растения испаряют много воды.
Растения засушливых жарких мест имеют очень маленькие листья. Это позволяет им испарять меньшее количество воды. Тем же самым приспособлением обладают растения, произрастающие в холодном климате. Здесь воды в жидком состоянии также недостаточно.
Существуют и другие (не только размер листовой пластинки) приспособления к увеличению или уменьшению испарения. Так листья многих растений покрыты волосками, восковым налетом. Это препятствует испарению.
У водных покрытосеменных растений устьица расположены на верхней стороне листа. Это увеличивает испарение. Такое приспособление связано с тем, что недостатка воды такие растения не испытывают, а испарять нижней стороной листа практически невозможно. Ведь большинство листьев лежат на воде.
Источник
7. Испарение воды листьями (транспирация)
Растения постоянно всасывают корнями из почвы воду и проводят её по сосудам древесины к листьям. Из клеток листа пары воды попадают в межклетники, поступают к устьицам и испаряются. Процесс испарения воды листьями называется транспирация .
Транспирация обеспечивает удаление из растения лишней воды. При этом освобождается место в сосудах, и вода опять может всасываться из почвы вместе с растворёнными солями.
Испарение способствует передвижению воды в растении, а также охлаждает листья и защищает их от перегрева в жаркую погоду.
Испарение зависит от окружающих условий и состояния устьиц. Каждое растение может регулировать транспирацию. При высокой температуре воздуха испарение воды усиливается и растение охлаждается. В дождливую погоду транспирация, наоборот, замедляется.
Интенсивность транспирации может изменяться за счёт открывания и закрывания устьичных щелей. Известны растения, у которых устьица открываются только в светлое время суток, а в темноте они закрыты.
На уровень испарения воды влияют размеры и количество листьев на растении. Чем крупнее листья, тем сильнее они испаряют влагу. Чем больше листьев, тем больше поверхность испарения.
Растения засушливых мест имеют ряд приспособления, защищающих от потери влаги. У них обычно мелкие листья, а стенки клеток их эпидермиса утолщены. Листья покрыты слоем воска или густыми волосками. Эти приспособления не только замедляют испарение, но и защищают от солнечных лучей.
Источник