Проще говоря, транспирация - это естественная система испарительного охлаждения, с помощью которой растения поглощают воду и питательные вещества через корни, транспортируют их по тканям растения, а затем выделяют новую влагу через листья в атмосферу.
Мы знали о транспирации с начала 1700-х годов, когда английский физиолог и ботаник Стивен Хейлс придумал способ измерения количества водяного пара, выделяемого растениями.
Он описал это явление как растения, «впитывающие» воду, а затем «потеющие».
Он понял, что процесс транспирации создает непрерывный поток питательных веществ и воды от корней вверх к растениям, а затем жидкость высвобождается через листья.
Чего Хейлз, возможно, в то время не осознавал, так это того, что этот процесс - это скорее сила, чем поток.
Растения берут воду из почвы и поднимают ее (иногда на большую высоту) против потока силы тяжести, чтобы выпустить ее в атмосферу через листья растений.
Это достигается за счет насосного действия, которое становится возможным благодаря сильным водородным связям молекул воды и соломинчатым ксилемным водным каналам внутри растения.
Испарение создает отрицательное давление (всасывание), которое поднимает воду из земли и циркулирует через растения и листья, а затем попадает в атмосферу, как показано в этом увлекательном видео.
Ксилема и Транспирация
Как работает транспирация?
Растения выделяют воду через устьичные отверстия листьев, покрывая лишь один или два процента поверхности листа.
Эти отверстия также позволяют углекислому газу проникать в лист и выделять кислород в процессе фотосинтеза растения.
По этой причине многие считают транспирацию побочным эффектом фотосинтеза, который необходим для выживания и процветания растений.
Устьица в некоторой степени регулируют процесс испарения, используя пару замыкающих клеток с каждой стороны мелких отверстий.
По мере того, как вода течет вверх в замыкающие клетки, они набухают и открываются. В этот момент вода высвобождается, и замыкающие клетки снова могут закрыться.
Помимо чувствительности к количеству транспортируемой воды, замыкающие клетки также чувствительны к другим факторам, влияющим на транспирацию.
Такие, как количество света, которое получает растение, относительная влажность, движение воздуха и температура, а также количество углекислого газа, содержащегося в листе.
Если углекислого газа недостаточно, устьица открываются, чтобы впитать больше углекислого газа для использования в фотосинтезе. Когда это происходит, потеря воды неизбежна.
Это одна из причин, почему в жаркие летние дни растения лучше поливать рано утром. С наступлением жары они будут терять меньше воды и иметь ее больше.
Различные виды растений транспирируют с разной скоростью и в разных количествах
В течение вегетационного периода листья растений выделяют в атмосферу большое количество воды. Взрослый дуб обычно потребляет около сорока тысяч галлонов воды в год.
Взрослое дерево клена может выделять до шестидесяти галлонов воды в час в летнюю жару. С акра кукурузы обычно ежедневно выделяется до четырех тысяч галлонов воды.
Растения, приспособленные к засушливым условиям (ксерические растения), часто имеют маленькие листья с небольшим количеством устьиц. У них также могут быть слегка пушистые или серебристые листья, и они могут выделять эфирные масла.
Все это приспособления, которые помогают им меньше испаряться и сохранять влагу.
Суккуленты и кактусы, как правило, не выделяют много влаги, потому что они приспособились к сохранению воды в своих родных засушливых домах.
Эти растения открывают устьица вечером, чтобы снизить скорость транспирации при поглощении углекислого газа. Они сохраняют этот CO2 в своих листьях для фотосинтеза, когда выходит солнце.
Конечно, в таких условиях в почве не так много влаги, которую растения могли бы усвоить.
Растения в местах, где их корни имеют доступ к уровню грунтовых вод (например, рядом с водоемом), поглощают больше влаги и выделяют больше влаги.
Условия окружающей среды влияют на транспирацию
На количество водных растений влияет несколько факторов. Например, большую роль играет температура.
В теплую погоду растений, как правило, больше, потому что растительные клетки, выделяющие влагу, более открыты в теплую погоду.
В очень жаркую и сухую погоду в тканях растения могут образовываться пузырьки, которые блокируют ток воды.
Ветреная погода также стимулирует транспирацию, поскольку сухой движущийся воздух вызывает испарение. Когда дует ветер, влага, которая имеет тенденцию собираться вблизи или на поверхности листьев растений, испаряется.
Относительная влажность также играет важную роль в транспирации. Если воздух более влажный, растения испаряют меньше, потому что воздух уже насыщен влагой.
Сухая почва также приводит к снижению транспирации, поскольку растениям требуется меньше воды для поглощения, циркуляции и выброса в атмосферу.
Если растение не может получить достаточно влаги для транспирации, оно перегревается и увядает. Это стратегия выживания, призванная предотвратить потерю воды.
Конечно, если такое положение дел будет продолжаться слишком долго, растение засохнет и погибнет.
Транспирация и фотосинтез взаимосвязаны
Около 98% энергии растения тратится на транспирацию, которая может обеспечить растение энергией, необходимой для проведения фотосинтеза.
Влага впитывается в листья и нагревается солнцем, превращаясь в пар и испаряется.
Это действие также может помочь растению сохранять прохладу под прямыми солнечными лучами за счет испарения воды.
Слишком большая транспирация вредна для растений. Если растение теряет больше воды, чем потребляет, его рост в краткосрочной перспективе замедлится.
Если нехватка воды продолжится, растение естественным образом обезвоживается и погибает.
Транспирация и жизнь на Земле переплетены
Все растения участвуют в транспирации. Это растительный эквивалент дыхания, важнейший компонент поддержания всей жизни на Земле.
Это этап водного цикла, на котором влага забирается из земли и возвращается в атмосферу, превращаясь в облака и образуя осадки.
Почти 100% влаги, поглощаемой растениями, в конечном итоге выбрасывается в воздух в виде водяного пара.
Транспирация способствует повышению влажности, делая жизнь на земле более комфортной для всех и вся.
В районах с большим количеством деревьев также выпадает большое количество осадков.
Отсюда обильные снегопады на севере США и обильные дожди в метко названных тропических лесах.
Вот почему так важно ответственное управление лесами: точная рубка приводит к снижению транспирации и осадков.