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蒸腾作用。

来源:www.muyeseed.com   时间:2022-12-09 17:34   点击:108  编辑:admin   手机版

一、蒸腾作用。

植物的蒸腾作用def:蒸腾作用(transpiration)是水分从活的植物体{表面(主要是叶子)}内以水蒸汽状态散(发)失到(体外)大气中的过程。蒸腾作用主要通过叶片进行的,叶柄和幼嫩的茎也能进行少量的蒸腾作用。与物理学的蒸发过程不同,蒸腾作用不仅受外界环境条件的影响,而且还受植物本身的调节和控制,因此它是一种复杂的生理过程。其主要过程为:土壤中的水分→根毛→根内导管→茎内导管→叶内导管→气孔→大气.植物幼小时,暴露在空气中的全部表面都(能)会蒸腾。

从叶柄一端朝叶片用力吹气后, 叶片上冒出了许多小气泡。 原来,菠菜叶上有许多被称为“气孔”的小孔, 气孔被称为植物蒸腾失水的“门户”, 也是气体交换的“窗口”, 对于植物光合作用以及蒸腾作用, 起着至关重要的作用。

二、蒸腾作用的方式分类

皮孔蒸腾

木本植物经由枝条的皮孔和木栓组织的裂缝的蒸腾,叫做皮孔蒸腾。但是皮孔蒸腾的量非常小,约占树冠蒸腾总量的0.1%。

角质层蒸腾

通过叶片和草本植物茎的角质层的蒸腾,叫做角质层蒸腾,约占蒸腾作用的5%~10%。幼嫩叶子的角质蒸腾可达总蒸腾量的1/3到1/2。一般植物成熟叶片的角质蒸腾,占总蒸腾量的5%~10%。长期生长在干旱条件下的植物其角质层蒸腾更低,其蒸腾总量小于5%。

气孔蒸腾

通过气孔的蒸腾,叫做气孔蒸腾,气孔蒸腾是植物蒸腾作用的最主要方式。

气孔是植物进行体内外气体交换的重要门户。水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO₂)、氧气(O2)都要共用气孔这个通道,气孔的开闭会影响植物的蒸腾、光合、呼吸等生理过程。

气孔是植物叶片表皮组织的小孔,一般由成对的保卫细胞(guard cell)组成。保卫细胞四周环绕着表皮细胞,毗连的表皮细胞如在形态上和其它表皮细胞相同,就称之为邻近细胞(neighbouring cell),如有明显区别,则称为副卫细胞(subsidiary cell)。保卫细胞与邻近细胞或副卫细胞构成气孔复合体。保卫细胞在形态上和生理上与表皮细胞有显著的差别。

三、蒸发与蒸腾的过程是怎么样的?

大气圈中的水汽都是由地面蒸发而来的。它得之于大洋表面的数量最多,湖河次之,从陆地表面上获得的数量最少。

森林区域地面上有树木,树木有蒸腾作用,树木的枝叶等以及树木以下的土壤也有蒸发作用。因此,森林区空气中的水汽,有这两个来源。

以土壤的蒸发作用来讲,陆地表面水分的蒸发,受各种因素的影响,异常复杂。假如地势平坦,地面上又没有树木或任何植物,那么,蒸发量的大小和快慢,是受着气象条件和土壤性质决定的。

在气象条件中,空气湿度、日光热和风速三者对于陆地表面蒸发起很大的作用。空气湿度愈小,距离饱和状态愈远,日光热愈强,风速愈大,陆地表面水分蒸发愈快,蒸发量愈大。

森林区域的土壤,有高大的树木荫蔽着,土壤的表面很不容易得到充分的日热,因而空气温度以及土表温度都较无林地为低。其次,有林地带由于林冠的阻碍,接近土表的空气层湿度较无林地高,通常要高10%~20%。风速也比较小,一般皆呈无风状态。这三种气象条件,都不利于土壤蒸发。所以,有林地土壤蒸发,是显著的减少。莫斯科以北莫洛格和谢克斯娜两河间,曾进行过这样的观测。在每年的7月到10月间,山丘牧场土表的蒸发为346毫米,云杉白桦林的蒸发是130毫米,而林中休闲地(旷地)蒸发是223毫米。这就说明,云杉白桦林中,土表的蒸发量仅是牧场的37%,休闲地的59%。

土壤种类,土粒大小、颜色、疏松性和土壤中水潜伏的深度等,对于蒸发作用都有影响。沙土表面的蒸发比黏土少。土粒愈小,彼此愈紧接,因而土壤毛细管的直径也愈细。毛细管愈细,水分蒸发作用愈强。疏松土壤的毛细管较粗,蒸发较弱。如果土壤中水分缺乏,水分以水汽的形态在土中移动,那么压紧土表,可以阻止水汽从土中逸入空气;土壤疏松多孔,反容易使水汽散失。此外,如土壤中水位高低,水中含有盐分,这些因素,都和蒸发的强弱有关系。水位愈高,愈近蒸发面,蒸发愈强。土壤中水多少含有一些盐分,因此土壤中水分的蒸发速度比蒸馏水较慢,但是这种差异并不显著,只有在土壤中水分所含的盐的浓度达到能使植物死亡时,才有显著的减低。

森林区域,土壤的表面,情况是不同于无林地的。第一,森林中土壤的表面有枯枝落叶,有地被物,它们能吸收大气中的水分,减低土壤中毛细管的作用,使土壤蒸发量减少。观测结果显示:在森林中有枯枝落叶层的土壤,比无枯枝落叶层的土壤蒸发减少7%~10%。其次,森林区域的地表,常常被小动物及昆虫如蚯蚓等在地下掘成通道,破坏土中的毛细管,使水分不易蒸发。而且相反的,由于这些通道不是暴露在空气中而是掩蔽在地下的,所以反容易吸收大气中的水汽,这样就使得森林区土壤中的水汽蒸发更不容易。

森林区域的地形也不一定是平坦的。有的在山上,有的在盆地中,有的在斜坡上。地形不同,土壤表面蒸发就不一样,也就是说,决定蒸发作用的因素更多了,更复杂了。假设在倾斜15°的向南斜坡上蒸发为100%,那么在倾斜度相同的东向斜坡上,蒸发降低为86%,西向斜坡降低为84%,北向斜坡降低为71%。

总的说来,森林区域土壤表面的蒸发为量较小,它是由各种因素所决定,异常复杂的。可是树木林冠的表面上,树枝树叶上,蒸发到空中的水汽也是不少的。这些水汽的来源,有的是在降雨降雪时期截获的,有的是因为晚间冷却,空气中的水汽凝结在它上面的。由于这些林冠以及树枝树叶的面积特别大,截留的水分多,汽化到空气中的蒸发量也就多了。

至于树木的蒸腾作用,是一个生理的过程。在一般情况下,形成1克树木组织,大约要蒸腾300克到400克的水。这些水,都是由树木的根部从土壤中吸取的。水分被吸取后,通过树干送到叶子中,几乎完全由叶子蒸腾掉,只有很少量吸收到植物的组织中。在气候干燥的区域,植物只能从1千克水中截取1克。而在潮湿的气候中,则能截取2~3克。这就说明了树木必须从土壤中吸取大量水分,才能适应它在生长时期中的需要。同时,森林区域的空气中,也就因此而得到多量的水汽。树木的蒸腾作用是由许多因素决定的,如树木的品种,根的分布状态,树木发育与增长的程度,湿度,温度,光照,土壤的成分和它的化学特性,风,等等。现在分别说明如下:

树木的品种不同,在生理过程中,吸水放水的情况就不一致。凡是需要水分多的树木,蒸腾量亦必多,否则反是。根据需要水分的情况,树木可以分为三大类:1 水生植物,只能生长在潮湿的环境中,如黑赤杨、水生柳等。这种树木,生长时需要大量的水分,因此,它蒸腾而出的水汽就必多。2 干生植物,这种树木在干燥的气候环境中也能生长,如梭梭木等。水分来源既少,因蒸腾而放出的水汽就不多。3 中生植物,这种树木如胡桃等皆是,水分的需要量变化很大,蒸腾量也必定有很大的不同。由此看来,树种不同,蒸腾量的大小也会随之而异。

树木根部深入地下,吸取水分,因而使地下的毛细管作用加强,继续不断地把水汽送入空气中。可是根系的深度也是随着品种和环境而不同的。有的树木根部深,有的浅。土壤层厚的地方根部深,浅的只有向横处发展扩大面积。在有利的条件下,这个深度有时能超过树的高度。像俄罗斯南部的橡树,根部深度还超过了树高。通常的情况,根深是在2~4米之间。因为根这样深,与根部相接触的土壤,又把更深处的水分,藉毛细管的作用送到根内。根据估计,让田林的根系作用可以达到3~5米。布佐罗克松林里,松的根系竟达5~7米。

树木的根部,不但很深,而且,分布的面积很广。它生长着很多的根须,分布在各层土壤中。树木根系不大的,根须总长只有几十米,而大的却有几千米。这样巨大的根部,吸水能力可以想见。气候愈干燥,根部愈深,分布的面积愈广。干燥地区树木的根深达10米,侧根分布的面积,可达150平方米到200平方米。这些根分布在地下,好像自来水管一样,深的吸取土壤中的水,浅的以吸取因降雨而渗透到地下的水分为主。根据俄罗斯布佐罗克考察团的资料,一年内森林从1公顷土壤里吸取的水分与蒸腾到空气中的水分,有100万~350万千克,或100~350厘米,或约占该地降水量的20%~70%。

树木蒸腾作用的强弱,主要的是看树叶的多寡;而树叶的多寡,又与树木的发育与增长的程度有密切的关系。同一树种,在不同树龄,不同季节中,蒸腾数量是有差异的。同时,树叶的外表,又有针叶与阔叶两种,它们的蒸腾数量,也是不相同的。根据资料:老年的针叶树比幼年的针叶树蒸腾量要少3~3.5倍。幼年乔木蒸腾的水分,较老年乔木为多。又根据实验,知道针叶树的蒸腾能力比阔叶树的蒸腾能力小。

春季是树木欣欣向荣的时期,夏末秋初是凋谢的时期。因此,春初需要水分多,蒸腾量亦大,秋季较小。春季槭树叶的蒸腾比夏末约多1.5~2倍。因此经过冬眠的针叶树,一到温暖春晴的天气,地面部分马上就恢复蒸腾作用,可是地下仍然冻结未解,吸水无路,放水之门大开,树木往往因此而枯死。在冬季,气温在零度以下时,也会因地上部分蒸腾而发生干枯的现象。

树木因有蒸腾作用,所以送到空气中的水分为量很多。一般地讲,比同一地带的水面在同样条件下的蒸发量还要大些。这是因为树木有众多的树叶,蒸发面比它生长的占地面积大了若干倍的缘故。1公顷44龄桦树林的叶面积有7.5公顷,无怪乎它能发挥出这样巨大的效用。可是有的树木树皮很厚,而且角质化或有绒毛腊质层,分泌挥发油,气孔少而深陷,叶子组织紧密或者叶子少,情况就不是这样。不过它与附近无林区来比,送到空中的水汽还是较多的。

空气的潮湿程度,对于树木的蒸腾作用关系最大。计算空气潮湿程度的方法有好几种,最基本的是水汽压。空气是混合气体,整个空气柱在单位面积上所施的压力叫做大气压,其中水汽部分所施的压力,叫做水汽压。在一定的温度下,空气中所含的水汽量,只能达到某一个最大限值,当空气中的水汽含量达到这个最大限值时,就叫做饱和空气。饱和空气所施于单位面积上的压力,叫做该温度下的饱和水汽压。在某一温度下饱和水汽压与现有水汽压的差值,叫做饱和差或湿度差。干燥的地方,空气中水汽少,离开饱和的程度很远,饱和差大,树木的蒸腾作用极快。有时因为气温高,又有干燥的风吹来,空气中水汽极少,树木的蒸腾作用加速进行,树叶失水过多,根系吸来的水分来不及供应,树木就会发生枯萎的现象。相反的在低温而湿润的地区,空气中饱含水汽,饱和差小,植物的蒸腾作用就弱。

空气温度对于树木蒸腾作用的影响虽然很大,但却是间接的。气温降低了,原有的水汽距离饱和程度就较近,饱和差变大,蒸腾作用慢。气温高了,原有的水汽距离饱和程度就较远,饱和差变小,蒸腾作用快。因此,树木的蒸腾作用,夏季比冬季快,日光强时快。其次,树木的蒸腾作用是通过树木的气孔来进行的。根据实际观测,气温在40℃以下时,气孔开放或收缩的能力最强,它可以随着外界条件的变化,加强或减弱它的蒸腾作用。可是气温超过40℃时,气孔就大大的张开,失却收缩的能力,树木内部的水分就会大部放出,树木就易枯萎。此外,气温较高,土壤温度也会相应的升高。土壤温度高,就会加强把水分送入树木的根部,通过树干及树叶,再把水汽送入空气中,加强蒸腾作用。相反的,气温低时,树木的蒸腾作用就会减弱。

光照可以分直射光和散射光。直射光就是日照;散射光不是由太阳直接照射来的光线,如日出前日落后天空的亮光等都是。森林区域,直射光较少而散射光很多。散射光可以使蒸腾作用加强30%~40%,直射光则可以增强好几倍。因此,树木蒸腾作用的强弱,与太阳照射是有密切关系的。

树木蒸腾作用的强弱,跟土壤这一因素也有着很大关系。在土壤中,有许多阻碍根部吸水的力量,称为持水力。土壤持水力的大小,是由土壤的成分决定的。因此,土壤的种类不同,持水的能力也就有所不同。例如土壤中水都是各种盐类的溶液,它与净水不同,溶液本身有吸取力,不易让水分失去,因而根部就难吸收。又如土壤中是有胶性物质的,如果土粒愈细而且胶性物质愈多,那么土壤中被土粒和胶性物质紧结着的水分也愈多。这些水分,是很难被根部细胞取用的。任何土壤中都有盐类和胶性物质,但是含量的多寡各处不同。因此,树木根部的吸水量和由树木蒸腾到空中的水汽量,也就受到影响,在分量上有所容差了。

风对蒸腾作用也是有影响的。风来时,树木周围的饱和空气就会不断地离开,干燥的空气就会不断地吹来,这样,就增强了蒸腾作用,尤其是干燥风来时,影响特别强。森林边缘的树木蒸腾作用较森林内部为强,就是这个缘故。

以上这些因素,都影响着森林区域的蒸腾速度的快慢和蒸腾量的大小。同时,这些因素,又是相互影响的。比如光照不同,会影响温度、湿度和风树木品种不同,土壤特性不同,会影响根部的水分吸收和蒸腾量。同时气候条件又能影响树木的生长,彼此是相互关联,而且是错综复杂的。所以说,树木的蒸腾作用并不是一个简单的过程。可是尽管如此,森林区域既有蒸发,又有蒸腾,送入空气中的水汽还是异常之多,远非无林区域所可比。

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