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植物散发

植物在生长期间,土壤中水分从叶面或从枝干蒸发至大气中的过程,亦称植物蒸腾。植物的根系吸取土壤中水分,经导管向上移动,以下列三种方式进行散发:①气孔散发,叶内细胞表面水分通过叶面气孔向外扩散至大气;②水滴散发,通过植物完好叶片或枝干水腺挤出水分;③外皮散发,通过植物外皮潮湿薄膜直接蒸发水分至大气。其中气孔散发水量最多。

植物在生长期间,土壤中水分从叶面或从枝干蒸发至大气中的过程,亦称植物蒸腾。

植物的根系吸取土壤中水分,经导管向上移动,以下列三种方式进行散发:①气孔散发,叶内细胞表面水分通过叶面气孔向外扩散至大气;②水滴散发,通过植物完好叶片或枝干水腺挤出水分;③外皮散发,通过植物外皮潮湿薄膜直接蒸发水分至大气。其中气孔散发水量最多。

植物散发是研究水——土壤——植物系统的核心问题,散发水分,吸收大量热能化为水汽,从而可以降低叶片的温度。因此,即使在炎夏,植物体也不因气温过高而受损,同时,还能促进植物体内水分和无机盐的向上运输,对植物生长有重要意义。散发是作物需水量的组成部分,也是农业上决定灌溉定额的重要依据。此外,植物吸取土壤中大量水分通过散发输送至大气中,构成水文循环的一个环节,它在流域上与水面蒸发土壤蒸发共同组成流域总蒸发

关于植物散发的研究,19世纪70年代里斯勒(Ris-ler)、霍内尔(Franz Von H?nnel)等通过试验确定不同植物的散发并开展森林散发的研究。1928年格拉德曼(H.Gradmann,)提出植物输送水分数量理论概念。1958年菲利普(J.R.Philip)、1960年加德纳(W.P.Gardner)先后研究植物吸取水分与组织内水分输送数量,由此提出散发的数学模型。1961年罗伯特(W.J.Robert,)提出用高醇抑制散发。80年代由于现代试验技术的发展,将促进使用精确的散发模型。中国于20世纪20年代在进行农作物需水量试验中,研究水稻、小麦、玉米、棉花等散发量,取得了有用的数据。1979年长白山森林生态系统定位站,开展森林水分交换的研究。

散发物理过程土壤水分进入植物体内并向上运动主要受到渗透压、根压与张力的作用,由于土壤中水分浓度与植物根毛细胞浓度不同,产生的渗透压,使水分通过根毛与根皮层进入植物体内(见图)。根压与张力使水分在茎内经导管上升,根部细胞原生质进行新陈代谢,产生根压;茎内许多水分子的内聚力,形成张力,水分子内聚力愈大,张力也愈大,向下穿过木质部以至根端,向上可达到植物顶端的叶片中。

水在植物中的运移途径

植物的叶片,覆盖着一层表皮细胞,每平方厘米有8000~128000个气孔,随植物种类不同而异。气孔可位于叶片的一边或两边,但通常位于叶片的下边。每个气孔位于两个细胞之间,保卫细胞与表皮细胞不同,含有叶绿体,可以进行光合作用。保卫细胞内外壁的厚度不同,靠近气孔一侧的壁厚,背着气孔一侧的壁薄,当保卫细胞吸水膨胀时,较薄的外壁易于伸长,其毗连内壁分开,使气孔打开,进行散发。当保卫细胞失水缩小时,细胞壁缩短,恢复原状,则气孔关闭,停止散发。影响气孔开闭的主要因素是光线强度,叶片的水分补给,空气的温度,湿度与化学变化,气孔通常在白天放开,黑夜关闭。

散发的影响因素 ①植物性质。散发能力取决于植物生物特性,结构差异,发育情况和生理状态,例如针叶树的散发强度比阔叶树的小,越冬的老针叶的散发量约为幼针叶的1/3~1/3.5;②土壤含水量。散发水量主要决定于土壤中能到达根系的水分,开始时含水量较丰富,对散发的影响不大,但当含水量减小到凋萎系数时,由于气孔开始关闭,散发量逐渐减少;③辐射。树叶吸收的辐射消耗于散发过程的约99%,而消耗于光合作用约1%弱,散射光能使散发作用加强30~40%,直射光能使散发作用增加好几倍。故植物散发主要在白天进行,夜间的仅及白天的1/10。④温度。在4.5℃以下时,植物几乎停止生长,散发极少,在4.5℃以上,每增加10℃,散发强度约增加一倍,但在40℃以上时,植物失去了气孔的调节性能,气孔大开,散发大量水分;⑤风。能加速植物散发,故林缘树木的散发较之林中树木的为多,但散发强度并不与风速成正比。

散发量的确定 散发量通常以整棵植物在单位时间内所散发的水分重量作为指标,称为散发强度,此外,也有以植物单位叶面1小时所散发水分克数作为指标的。确定方法,有实测法与计算法两大类。

实测法有:①坑测法,用两试坑,坑底部一端装有出水口,底、壁都不透水,一坑栽作物,另一坑不栽作物。试验时每隔一定时段,同时测定土壤含水量,二者之差,即得作物散发量。②器测法,采用不漏水圆筒,里面装满足够植物生长的土壤,内种作物,面封石蜡,视植物生长需水情形,随时将水灌入筒内,试验时段始末重量之差,加上注水重量的改正,即为散发量。③棵株称量法,将整棵植物从土中拔出来,根系上涂蜡,或剪下植物部分株叶,立即封蜡,然后每隔一定时段称重,可以确定散发量。

计算法有:①水量平衡法,系确定一片样地或流域整片植物群落生长期开始和结束时的土壤含水量,土壤蒸发量,渗漏量及径流量,用时段水量平衡方程,推求植物生长期散发量,②热量平衡法,系测定植物生长期间落在单位面积上热量卡数,然后计算1公顷植物叶片所栏蓄的热量卡数,除以在20℃时1公斤水变为水汽所需要的卡数,即得出1公顷植物散发水量。③散发模型有二种:根系模型适用于液相,确定根系吸取水的强度;气孔模型适用于确定树冠的散发。一树冠覆盖面积的散发强度等于各个叶片平均散发强度,乘以这一棵树总叶面积与树冠覆盖面积比值。模型认为散发热通量与树冠上水汽压差成正比。与树冠阻力及边界层阻力成反比。如用能量与质量转移组合方程,则散发模型可化为计算流域蒸散发模型。

散发系数 亦称散发比。指植物生长期间散发的水量与植物晒干后重量之比。散发系数决定于植物种类,作物为300~800,树木为140~380,有的植物高达1000。

散发深度以毫米计。根据一定面积种植的总株数各个阶段日散发量,累加后得出一种植物在整个生长期散发总量,再除以面积求得。

控制措施 控制散发可用化学药剂,例如将十六烷醇或十八烷醇混和于土壤中,药剂随水分吸入植物根系,并通过植物根茎沉积在气孔与水气交界面上,以阻止水分消耗,但亦有人认为药剂浓缩,既可以控制散发,亦能阻止光合作用,抑制植物的生长,影响产量。