Почвы, водный потенциал

Водный потенциал — один из фундаментальных показателей термодинамического состояния воды. Ее молекулы обладают кинетической энергией, поскольку и в жидкости, и в газе (водяном паре) быстро и беспорядочно движутся. Чем выше концентрация этих молекул в системе, тем больше их общая кинетическая энергия и выше водный потенциал. Таким образом, у чистой воды он максимален. Если две системы, содержащие воду (например, почва и атмосфера или клетка и окружающий ее раствор), вступают в контакт, то беспорядочное движение ее молекул приведет к их результирующему движению туда, где их меньше, — из области с более высоким водным потенциалом (с более высокой энергией) туда, где он ниже (ниже энергия), пока их концентрации в обеих системах не уравновесятся. [c.99]

Водный потенциал почвы,бар [c.133]

В экстремальных условиях значительное сопротивление передвижению воды может возникать также на поверхности корней. Гибель мелких корней и корневых волосков в сухой почве вместе с быстрым опробковением существенно сокращает поверхность корней, доступную для передвижения воды, и увеличивает сопротивление движению через эту зону. Этим можно объяснить то, что в некоторых опытах не удавалось обнаружить отрицательный перенос, хотя в то же время наблюдалось восстановление тургора у верхушек растений. Возможно другое объяснение отсутствия переноса в сухую почву как только происходит некоторое выделение влаги в почву, водный потенциал [c.249]

Таким образом, понятие водный потенциал позволяет определить направление движения воды между любыми двумя системами — не только из одной клетки растения в другую, но, например, из почвы в корень, из листа в атмосферу и т. п. Можно сказать, что вода движется через растение по градиенту водного потенциала из почвы в воздух. Чем круче этот градиент, тем быстрее поток воды. [c.100]

Вода в растении находится в непосредственном контакте с водой в почве и водяным паром в окружающем воздухе. Как уже говорилось, она движется по градиенту водного потенциала от более высокого к более низкому. В растении этот потенциал снижается в направлении от почвы к воздуху (рис. 13.7). Водный потенциал умеренно сухого воздуха значительно ниже, чем растительных тканей, следовательно, вода будет стремиться перейти из них в атмосферу. [c.108]

Выражение — лУ имеет особое значение при исследовании взаимосвязи между водой в растении и в почве, так как оно служит мерой способности воды, находящейся в некоторой точке системы, совершать работу (по сравнению со способностью, которой обладает чистая вода). Это заставило ввести специальное понятие водного потенциала , определяемого как энергия на единицу объема (эрг/см У. [c.30]

Фиг. 12 иллюстрирует это явление. Приведенный на ней график 1 оказывает, как изменялась доля теплового баланса, расходуемая на теплообмен с атмосферой, и доля, расходуемая на испарение, на орошаемом хлопковом поле в Техасе по мере того, как верхние 120 см почвы после полива высыхали от состояния достаточного увлажнения (водный потенциал почвы —0,1 бар) до величины, близкой [c.48]

Зависимость между содержанием влаги и водоудерживающей способностью, описываемая характеристической кривой влажности, в почвах разного типа весьма сильно варьирует содержание влаги при любом данном значении водного потенциала обычно увеличивается при увеличении содержания глины (фиг. 21). [c.84]

Большинство методов измерения водного потенциала почвы Ч пригодно в основном для использования в лаборатории. Обычно во всех этих случаях данные полевых определений содержания влаги или матричного потенциала градуируются в единицах измерения [c.101]

Одни авторы называют водным потенциалом величину Ар , а другие — величину Ар /У , причем в обоих случаях для обозначения ее пользуются символом Ч . Мы примем здесь Р = Ар /У (с введение , соответствующих индексов, например Рд, для почвы или р1 для листа), так что величина ЧГ будет иметь размерность энергии, деленной на объем, и численно будет равна давлению. Применение таких единиц, как бары, имеет то преимущество, что они уже давно широко используются в литературе. При отсутствии влияния силы тяжести или разности внешних давлений водный потенциал, записанный в этой форме, равен взятому с обратным [c.94]

Выше мы время от времени упоминали о внешних силовых полях. В системах почва — вода главную роль играет, очевидно, сила тяжести. Ее можно включать в водный потенциал или рассматривать как дополнительную составляющую потенциала. Обычно в работах по термодинамике [266, 283] применение тождества у = ограничивают системами, в которых единственными рассматриваемыми переменными являются давление, температура и химический состав, хотя некоторые авторы включают в также влияние внешних силовых полей. Мы будем рассматривать здесь это влияние отдельно, как принято в физике почв. В гравитационном поле при [c.95]

Единицы измерения водного потенциала почвы и его составляющих или эквивалентов [c.98]

Поскольку корневая система физиологически активных растений постоянно осваивает новые участки почвы, а зоны наиболее быстрого поглощения воды находятся вблизи кончиков удлиняющихся корней (см. гл. УП), как содержание влаги, так и водный потенциал почвы могут сильно различаться в разных частях корнеобитаемой зоны. Отсюда следует, что значительное количество воды, поглощаемой любой корневой системой, может поступать из относительно небольшой части всей корнеобитаемой зоны. Это бывает особенно хорошо заметно, если при пополнении запаса почвенной влаги за счет дождей или полива вновь смачивается лишь часть почвенной массы, освоенной корнями. Изменчивости в поглощении воды корнями должна соответствовать изменчивость величин г1, поэтому среднее значение для всей корневой системы в целом прямыми способами, по-видимому, определить невозможно. [c.135]

Измерение водного потенциала почвы [c.101]

Экспериментальные определения диффузии пара давали, однако, значения скорости потока пара в несколько раз большие, чем следовало из приведенного выше уравнения [286, 629, 758]. Кроме того, было найдено, что перенос воды под действием температурного градиента бывает ничтожным в очень сухих или очень влажных почвах и достигает довольно четко выраженного максимума при средней влажности почвы, что, по-видимому, зависит от водного потенциала Г и от количества пор, заполненных воздухом [286, 291, 363, 711]. [c.124]

Для потоков воды и тепла в почве удобно рассматривать в качестве движущих сил градиент водного потенциала почвы — (Ш/йх) и обратную величину температурного градиента [c.130]

Это выражение имеет ту же форму, что и уравнение Дарси (IV. 3), с одним исключением в насыщенных почвах и для линейного вертикального потока градиент водного потенциала должен быть заменен градиентом полного потенциала dФ dz. Подобным же образом, приняв d /dx равным нулю, мы можем получить значение из уравнения (IV. 23), которое в этом случае упрощается до [c.130]

Взаимозависимость двух потоков наиболее отчетливо проявляется при рассмотрении случая, когда в почве создаются такие градиенты температуры и водного потенциала, при которых = 0. Тогда, согласно уравнению (IV. 22), [c.130]

Вода передвигается в почве к поверхности корней и поступает затем через растение в атмосферу вдоль градиента водного потенциала. На некоторых отрезках этого пути главной движущей силой потока не всегда служит градиент полного потенциала в большей или меньшей степени передвижение воды может быть связано с различными частными потенциалами, особенно в тех случаях, когда поток воды сочетается с потоками тепла, электричества или растворенных веществ (см. гл. VI и предыдущие разделы настоящей главы). Однако общая тенденция сохраняется, и поскольку водный потенциал внутри растения оказывает непосредственное влияние на рост растения и процессы обмена веществ, величина этого потенциала в разных частях растения имеет особое значение. [c.134]

В гл VI, VП и IX детально рассматривается зависимость между величиной Т и ростом растения, а также градиенты величины в растении и факторы, которые оказывают на них влияние. Здесь мы будем исходить из того, что потенциал почвенной воды на границе между почвой и корнем является главной почвенной характеристикой, определяющей доступность воды для растений [242, 402, 68П. При этом следует отдавать себе отчет, что на эту величину в свою очередь влияет не только водный потенциал почвы в объеме 5 , но также и градиент потенциала между почвой и корнем, возникающий в результате поглощения воды корнем. Величина градиента определяется соотношением скорости притока воды к корням и скорости поглощения ее корнями при устойчивых скоростях поглоще- [c.134]

Термоэлектрические психрометры, применяемые для измерений по первому методу, — это те же приборы, с помощью которых определяется водный потенциал почвы (см. гл. III). Никаких дополнительных разъяснений здесь не требуется. Затруднения возникают иногда лишь вследствие того, что ткань листа ведет себя не так, как влажная фильтровальная бумага, используемая для градуировки. Это, как полагают, частично объясняется тем, что при измерении содержания воды в листовой ткани в психрометре оказывается значительно меньше воды, чем при аналогичных измерениях, производимых с почвой или влажной фильтровальной бумагой за счет же количества воды, адсорбирующейся ка стенках психрометра при уравновешивании, могут существенно снижаться видимое содержание воды и величина Ч ткани во вре , я наблюдений. Значение этого обстоятельства можно свести к минимуму, если увеличить количество листовой ткани в пробе. [c.168]

Вода движется через систему почва — растение — атмосфера как в жидком, так и в газообразном состоянии, причем при изотермических условиях наблюдается последовательное понижение водного потенциала от почвы к атмосфере. Фактическими движущими силами переноса воды в разных участках этой системы не обязательно, однако, оказываются градиенты водного потенциала, хотя это допущение можно сделать в отношении переноса жидкой фазы на некоторых отрезках пути, и притом по большей части не только в качестве первого приближения. [c.236]

В общем поток из почвы к корням можно, по-видимому, рассматривать как движение жидкой воды по направлению градиента водного потенциала. Поток от корней к листьям можно считать имеющим такой же характер, но это лишь в том случае, если мы решим ограничиться очень общим и качественным подходом. Поток из листьев в воздух — это движение воды в парообразном состоянии по градиенту концентрации водяного пара. [c.238]

Главными факторами, определяющими фактическую величину испарения, будут, таким образом, водный потенциал почвы Тзь гидравлическая проводимость почвы, объем и густота корней, внутреннее сопротивление растения, критический уровень Тц для закрытия устьиц (Т гн) и потенциальная транспирация. [c.242]

Взаимосвязь между этими двумя явлениями схематически иллюстрирует фиг. 77 (см. также [154, 7011). Принимается, что на протяжении всех дней преобладают одни и те же условия испарения. Кривая, ограничивающая график сверху, показывает последовательное уменьшение водного потенциала почвы Fsi по мере ее высыхания (напомним, что в начальном состоянии Ygi зй 0). Две другие кривые описывают водный потенциал на поверхности корней 4 rt и в листьях Fn принимается, что транспирация длится 12 час и затем на 12 час прекращается. Можно видеть, что, пока почва остается влажной (первый и второй дни), для поддержания движения боды требуются небольшие значения ( Fsi — Ч ). В этих условиях при снижении интенсивности транспирации наблюдается быстрое восстановление содержания влаги в растении и устанавливается равенство Yif = rt, а к рассвету ] = rt = si. Однако, по мере того как si продолжает снижаться (третий и четвертый дни), гидравлическая проводимость почвы быстро падает, и теперь уже для поддержания притока воды на нужном уровне требуются большие значения (Ysi — Yrt)- На четвертый день приток воды вследствие частичного закрывания устьиц становится меньше потенциально возможного однако, несмотря на это, состояние, при котором = si, [c.293]

Выше мы подчеркнули ту роль, которую играют величина ц и устьичный аппарат в регулировании потока воды через систему почва — растение — атлюсфера. Ясно, что величина ],- определяется соотношением между интенсивностью источника (в форме водного потенциала почвы и притока воды к корням) и интенсивностью стока (в форме потенциальной транспирации). Например, в условиях исключительно высокой потенциальной транспирации вполне вероятно, что Тп сможет упасть достаточно низко, чтобы вызвать закрытие устьиц даже тогда, когда почва будет влажной [461]. Если же вели-16—1391 [c.241]

Фиг. 78. Наблюдаемые изменения водного потенциала листа ( Рц) и водного потенциала почвы в опыте, в котором растения перца выращивались на суглинистой почве при контролируемых условиях испарения [248].

Осмотическое давление в листьях (Я г), водный потенциал листьев (Ф ] О, водный потенциал почвы (1 51) и содержание влаги в почве при первой точке устойчивого завядания [c.294]

Благодаря устьичному регулированию транспирации возникает характерная картина изменений внутреннего водного дефицита на протяжении дня. В нормальных условиях, при высокой влажности почвы и при открытых устьицах, градиент водного потенциала внутри растения должен возрастать с мол№нта начала транспирации (т. е. с утра) и до тех пор, пока интенсивность поглощения не станет равной интенсивности транспирации. Поэтому отставание поглощения [c.295]

Другие авторы (см., например, [8051) также приводят данные, указывающие на наличие тесной связи между величиной Р и размерами листа (фиг. 83). У листьев хлопчатника по мере снижения водного потенциала почвы процесс удлинения клеток все более тормозился, вплоть до полной приостановки при тургорном давлении, близком к нулю. [c.305]

ГЛ. IV и VII), что степень развития водного дефицита в листьях -зависит от испаряемости, от водного потенциала почвы у поверхности корней rt и от градиента водного потенциала внутри растения. В свою очередь этот градиент зависит от степени открытия устьиц, а Frt зависит от объема почвы, приходящегося на единицу длины корня, от значения si и от гидравлической проводимости почвы. [c.316]

Хотя В ГЛ. VII МЫ еще обсудим этот последний пункт более подробно, уместно упомянуть здесь, что Слейчер [681] в 1957 г. подверг серьезной критике представление о влажности устойчивого завядания как о почвенной константе. Он указал, что завядание есть следствие потери тургора листьями и что при падении тургора до нуля завядание зависит от осмотических характеристик клеточного сока в листьях. Завядание наблюдается, когда устанавливается динамическое равновесие между водным потенциалом почвы, водным потенциалом в листьях растения и осмотическим давлением сока в клетках листьев (см. гл. IX). Поскольку эта последняя величина изменяется в пределах от 5 до 200 бар, водный потенциал почвы, при котором происходит завядание, должен, очевидно, варьировать в не менее широких пределах. Для большинства культурных растений пределы колебаний значительно уже можно считать, что они приблизительно соответствуют величинам, приводившимся выше (от = —10 до = —20 бар). Важно, однако, помнить, что водный потенциал почвы, при котором наступает завядание, зависит от осмотических свойств клеточного сока растений. [c.89]

Почвенная вода передвигается в направлении убывания полного водного потенциала. В насыщенных почвах поры заполнены водой, так что вертикальный градиент dWjdz фактически равен нулю, и, поскольку Ф = (см. уравнение III. 20), градиент йФ йг [c.116]

Фиг. 27. Зависимость водного потенциала почвы Ч и гидравлической провод, мости /С от объемного содержания влаги 9 для легкой глины Йоло [553].

Учитывая эти группы сил, можно записать уравнение для химического потенциала воды таким же способом, как для набухающих почв. Исключительно высокая неоднородность растительной ткани, в которой имеются три внутриклеточные фазы (клеточная стенка, цитоплазма и вакуоль) и внеклеточная фаза (сосудистая система), означает, однако, что свойствами, присущими целой клетке или совокупности клеток, нельзя объяснить специфические изменения в различных отдельных частях клетки. Следовательно, здесь положение не совсем сходно с тем, йакое мы наблюдали в набухающих почвах, которые по сравнению с растительной тканью вполне гомогенны. Любое описание растительной ткани, претендующее на то, чтобы быть количественным, фактически будет применимо лишь к одной ее фазе, так как отдельные составляющие водного потенциала в разных фазах могут иметь разную величину и под влиянием одних и тех же факторов изменяться в разной степени. [c.157]

Первые попытки учесть эти факторы при анализе данной проблемы сделали Филип [552] и Гарднер [242]. Видоизмененные модели предложили позднее Виссер [797], Гарднер [243] и Коуэн [154]. В модели Коуэна используются три главные функции. Первая описывает поток почвенной воды к корню через водный потенциал в объеме почвы Тзь водный потенциал на поверхности корня гидравлическую проводимость почвы и густоту корней получаются результаты, в общем сходные с теми, которые были получены Гарднером [242] и которые мы обсуждали в гл. IV. [c.242]

Однако в ряде других экспериментов, проведенных по аналогичной схеме, не было обнаружено переноса. Так, в опытах с растениями, корни которых находились в почве, высушенной до влажности устойчивого завядания (а это означает, что должен был установиться соответствующий градиент водного потенциала), не наблюдалось накопления воды в почве, хотя листья растений восстанавливали тургор [327, 352]. В то же время Хейген [292] наблюдал быстрый отрицательный перенос, когда у растений, растущих на сухой почве, срезали верхушку, а пеньки соединяли с потометрами, а Борман [83] продемонстрировал достаточно интенсивный перекрестный перенос воды через сросшиеся корни, обеспечивавший возможность роста растений, не имевших другого источника воды. [c.249]

В гл. VII было показано, что вода движется через систему почва — растение в направлении уменьшения водного потенциала, хотя фактической движущей силой на любом отрезке пути не обязательно является градиент полного водного потенциала dWIdx (этой силой могут быть и отдельные его состав л яюш,ие). Для возникновения потока необходимо, однако, чтобы водный потенциал растения p t был ниже водного потенциала почвы si самый низкий потенциал, естественно, должен быть в листьях, где расходуется поступающая вода. [c.291]

Вследствие этого любой фактор, который уменьшает si до значений ниже нуля, может вызвать в листьях возникновение внутреннего водного дефицита этот дефицит увеличивается не только вследствие снижения Ysi, но также под влиянием градиентов водного потенциала в почве и растении, через которые движется вода. Задача данной главы — рассмотреть формирование внутренних водных дефицитов и их значение для физиологических процессов в растении. Дополнительную информацию по этому вопросу читатель может получить в работах [56, 155, 394, 399, 615, 686, 709, 731, 785]. Много полезных сведений содержится также во втором и третьем томах En y lopedia of Plant Physiology [640, 641]. [c.291]

Полуденное закрывание устьиц происходит и в связи с высокой температурой, которая вызывает увеличение концентрации СОз в межклетниках [315, 478]. Влияние водного дефицита также может до некоторой степени осуществляться через изменение внутренней концентрации Oj [3171 однако полуденное закрывание устьиц связано в первую очередь с ограничением поступления воды из почвы, в результате которого градиент водного потенциала в растении возрастает настолько, что f снижается до уровня, при котором начинается закрывание устьиц. Как отмечалось в гл. VII и VIII, при устьичной реакции часто наблюдается перелет — в том смысле, что устьица могут закрыться полностью, хотя для предотвращения чрезмерного иссушения достаточно было бы частичного сужения устьичной щели. Когда это происходит, интенсивность транспирации резко падает и наблюдается восстановление тургора. В условиях такого перелета , до того как устьица снова откроются, восстановление тургора может дойти до стадии, когда будет выше величины, которая могла вызвать закрывание устьиц во время предыдущей фазы высыхания при этом на фоне нормального спада су- [c.297]

Можно думать, что получению данных в пользу равной доступности способствовали, в частности, два фактора. Во-первых, как показывает форма кривой зависимости Ч " от 0, характеризующей удержание почвенной влаги (см. фиг. 27), значительная часть воды, удерживаемой при влажности, более высокой, чем влажность устойчивого завядания (которая для большинства сельскохозяйственных культур лежит в пределах от —10 до —20 бар), удерживается и при влажности выше Ч з1 = —2 бар. Из сказанного в гл. IV и VП следует, что при этих значениях Ч 5[ вода поступает в растение под влиянием относительно небольшого градиента водного потенциала и до тех пор, пока Ч не упадет ниже этого уровня, существенного ограничения роста ждать не приходится. Следовательно, доступность почвенной влаги для роста снижается наиболее быстро в небольшом диапазоне значений содержания влаги, соответствующем Ч з1 приблизительно от —2 до —10 бар. Учитывая вероятную величину ошибок в определении влажности почвы [31, легко представить себе, как хмогли быть получены данные, указывающие на равную доступность почвенной влаги вплоть до значений, близких к влажности устойчивого завядания. [c.317]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология