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水分吸收

水分进入植物体的过程。通过水分吸收,植物从环境中获取水分来保持体内的水分平衡。植物体各个部分都有吸收水分的能力,叶片吸收雨水、雾滴和露滴的现象早为人所证实。但植物主要的吸水器官是根,主要的水源来自土壤。水分吸收的动力是水势差(见水势)。主动吸水和被动吸水水分吸收基本上是个物理过程,即水分只是顺了水势梯度而移动,代谢能并不直接参与吸水过程。

水分进入植物体的过程。通过水分吸收,植物从环境中获取水分来保持体内的水分平衡。植物体各个部分都有吸收水分的能力,叶片吸收雨水、雾滴和露滴的现象早为人所证实。但植物主要的吸水器官是根,主要的水源来自土壤。水分吸收的动力是水势差(见水势)。

主动吸水和被动吸水

水分吸收基本上是个物理过程,即水分只是顺了水势梯度而移动,代谢能并不直接参与吸水过程。植物依靠根和土壤之间的水势差从土壤中吸收水分,只要根水势低于土壤水势,土壤水就能源源进入根部。植物的伤流现象表明,根部有主动保持较低水势并借以从土壤中吸取水分的能力,切除了地上部分的植物根系仍能从土壤中继续吸收水分,并通过木质部向上输送。这种吸水方式,称为主动吸水。主动吸水的原因是由于根部的生活细胞能向根木质部不断释放溶质(以无机离子为主),溶质的积累使木质部汁液的溶质势下降,从而使木质部水势保持在一较低水平。已知根水势决定于根木质部的水势,根木质部能保持较低水势,根与土壤间就能保持一定的水势差,根部就能保持从土壤中吸水的能力。释放入木质部的溶质是依靠根的代谢活动从土壤摄取的,释放过程可能也需要消耗代谢能,因此低温、缺氧、缺糖和某些毒物能通过抑制根部代谢来影响主动吸水。主动吸水通常发生在缓慢蒸腾的植物中。根据P.J.克雷默(1983年)在接近田间持水量的土壤上所作的植物水势测定,缓慢蒸腾的植物,木质部汁液中由于溶质的积累,渗透势可低至-0.2MPa;压力势保持正值,约为0.05MPa;水势值为-0.15MPa。因土壤水势为-0.03MPa,根与土壤的水势差为0.12MPa.此时植物出现伤流现象。

根部的吸水能力也可以依靠地上部分的蒸腾作用来获得,蒸腾失水引起叶内细胞水势下降。叶内细胞依靠其低水势从叶脉木质部中吸取水分,木质部失水后产生张力(即负压力势)。这种张力传递到根木质部使根水势大幅度下降,从而形成根的吸水能力。这种吸水方式,称为被动吸水。被动吸水出现在旺盛蒸腾的植物中。根据上述试验中克雷默的测定结果,旺盛蒸腾的植物,根木质部汁液中溶质浓度低,溶质势仅有-0.05MPa;压力势出现负值,达-0.5MPa;水势值为-0.55MPa。因土壤水势为-0.03MPa,根与土壤的水势差可达-0.52MPa。由于蒸腾作用能使根与土壤间形成较大的水势差,所以被动吸水是植物更为重要的吸水方式。根据内聚力学说,在根木质部张力的作用下,土壤水分可以经由根的质外体(由细胞壁、胞间层和细胞间隙构成)以集体流动方式进入木质部。但许多植物内皮层细胞径向和横向壁上存在栓质的凯氏带,阻碍了水分的质处体运输,到达皮层组织的水分仍须以渗透方式通过内皮层细胞进入木质部。

影响水分吸收的因子

水分吸收受根系发育状况、土壤含水量、土壤温度、土壤通气状况和土壤溶质势等一系列内、外在因子的影响。①根系发育状况:包括根的分布深度和密度。深根植物从土壤中获取的水分常较浅根植物为多。例如生长在通气良好土壤上的玉米,在上层土壤的水分耗竭后,能从1—2m深处吸取所需的水分;木本植物的根系能深入土层10m以下获取水分。根的分布密度通常用根长密度(每立方厘米土壤中根长的厘米数)来表示。根长密度大时,植物吸水表面增加,土壤输水距离缩短,有利于水分吸收。②土壤含水量:土壤含水量的减低导致土壤水势和土壤导水性的下降。土壤水势下降减少了根与土壤间的水势差,土壤导水性下降增大了土壤水向根移动的阻力,两者都不利于水分吸收。③土壤温度:在低温下,水的粘度增大和根的透水性减小,使水分不易进入根部。低温还降低根的生长水平和代谢水平。根生长下降直接影响根长密度,根代谢水平下降间接影响主动吸水。④土壤通气状况试验证明,缺氧和高CO2条件可以使水稻、小麦和玉米幼苗的吸水量降低14—50%。短期处于通气不良环境使根部呼吸减弱,影响主动吸水;如果时间延长,根部无氧呼吸积累的乙醇和土壤产生的一系列还原性毒物,会使根系中毒死亡。⑤土壤溶质势:一般土壤溶液浓度很稀,溶质势不会低于-0.1MPa,对根系吸水影响不大。但在盐渍土壤中,土壤溶质势有时会低于-1.5MPa,一般植物就无法从中获取水分。在施用化学肥料过多和过于集中时,也会使局部土壤溶质势大幅度下降,妨碍根部吸水。