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蒸腾

蒸腾是指植物体表(主要指叶子)的水分通过水蒸气的形式散发到空气中的过程。蒸腾与物理学上所说的蒸发有着一定的差别,蒸腾作用不仅会受到外界环境的影响,还会受到植物的调节和控制,所以蒸腾作用要比蒸发作用复杂得多,蒸腾作用的发生与植物的大小无关,即使是幼苗依然能够进行蒸腾。

唐元稹诗:“云雷暗交构,川泽方蒸腾。 [1]

清蒲松龄《聊斋志异马介甫》:“坐伺良久, 万石 频起催呼,额颊间热汗蒸腾。”

郑振铎《桂公塘》一:“所难堪的是那一阵阵的腥骚气,就从立足的地面蒸腾上来。”

水分从植物地上部分以水蒸气状态向外散失的过程叫蒸腾作用。水分从植物体内散失到大气中的方式有两种,一种是以液态逸出体外,例如吐水;另一方式是以气态逸出体外,即蒸腾作用,这是植物失水的主要方式。

蒸腾作用是指水分从植物表面散失的现象。

水分在植物的表面由液体变成气体,这过程需要能量,这能量称为蒸发潜热,在大自然中这能量是由太阳供应的。

蒸腾作用会在三个地方进行

气孔:气孔分布在叶片及绿茎上,水分从植物细胞蒸发,水汽透过气孔向外界扩散,在茂密的植物大概有90%的水分是透过这途径散失的。

角质层:水分在表皮细胞的细胞壁蒸发,并穿过覆盖著叶片及绿茎的角质层,视乎角质层的厚度,大约有10%的水分是透过这途径散失的。

皮孔:水汽透过木质茎上的皮孔散失,纵使这是树木在落叶后水分的主要散失途径,在一般情况下占水分散失的比例很小。

在不寻常的炎热天气下,蒸腾作用可使得植物免于被灼伤,但适应了炎热天气的植物会有其他更有效的抗热手段。

在叶片中,水分可以沿三个途径移动:

质粒外途径:无生质粒是指植物体内相邻不绝的细胞壁所构成的系统(除了根部细胞内的凯氏带)。细胞壁由纤维组成,有大约50%的空位可以容纳水分。当水分从由叶肉细胞向气室蒸发,在无生质粒的水分就会产生张力,透过水分子间的拉力使水分在细胞壁间移动,叶片散失的水分最终由木质部内的水分补充。

共质粒途径:植物细胞透过胞间连丝彼此相互连接,其详细机理尚未清晰,但可以肯定水分及溶质可以透过这系统移动而无须穿越层层的细胞膜。

液泡途径:水分在植物细胞间穿过无生质粒、共质粒及液泡而移动,当水分从叶肉细胞(细胞A)蒸发,细胞内的水势就会下降,相邻的叶肉细胞(细胞B)的水势就会比该细胞为高,从而使水分由细胞B移动向细胞A,此亦会使细胞B的水势下降,令相邻的叶肉细胞(细胞C)的水势比细胞B为高,如此类推,使叶片中由高水势的木质部至低水势叶肉细胞间形成水势梯度,水分就会从木质部移动向叶肉细胞。顺带一提,在此情况下令水势下降的主因是压力势的下降,而非溶质势的下降。

植物从根部吸收到的水分,大约只有1%留在体内,用于各种生理过程,而其他的99%会通过蒸腾作用散失,而且数量很大,一株玉米到结实为止大约要通过蒸腾作用散失200公斤的水。

蒸腾牵引力(Transpiration pull)是大多数植物水分往上运输的动力。原因是水分的散失使得这些部位的胞液浓度上升,水分沿浓度梯度逆重力在木质部中往上运输。详见植物体无机盐运送途径。

植物通过气孔的开合可以有效控制蒸腾作用对自身的影响。

蒸腾作用在调节周边环境的温度湿度方面影响很大。总的说来,树木茂密的地方,降雨量比较大,温差也会相对于树木稀疏的地区少。

首先,蒸腾作用为植物吸收和运输水分提供动力。叶片的水分散失掉后,叶片细胞液的浓度自然就会提高,于是就产生了向叶脉细胞吸水的动力,这样叶片就向茎吸水,茎又向根吸水,迫于强大的压力,根不得不向土壤吸水;其次,水在从根部向叶片运输的过程中,把溶解于水中的各种养料也一并带到了植物全身;最后,蒸腾作用还能够帮助植物降温散热。植物像动物一样也怕烈日的烤晒,为了不至于被烤焦,植物就通过蒸发水分把热量从体内散发出去,以保持一定的恒温。 [2]

植物进行蒸腾的主要场所是叶片,蒸腾以两种方式在叶片上进行:一种是出现在叶片角质层上,这是角质蒸腾;另一种是出现在叶片气孔上,这是气孔蒸腾。由于水分对于植物的生长有着重要作用,所以水分的丧失会对植物造成严重的伤害。为了降低蒸腾对植物的不利影响,植物的叶片表面形成了一层角质层,这个角质层能够有效地阻止水分的流失。此外,植物叶片上的气孔有着精致的结构,这种结构也能减慢水分的流失速度。所以蒸腾作用的主要方式是气孔蒸腾。 [3]

蒸腾强度亦称“蒸腾率”。单位时间的叶面蒸腾量。随植物的生长阶段、土壤水分状况、气候等因素而变化。 [4]

一般用每小时每平方分米所蒸腾的水量(g)来表示,即

Q=m/(tS)

式中,Q为蒸腾强度,g/(dm2h);m为蒸腾的水量,g;t为时间,h;S为叶面积,dm2

容积法测定植物的蒸腾强度,是将带叶的植物枝条通过一段乳胶管与一支滴定管相连,管内充满水,组成一个简易蒸腾计。蒸腾一定时间(t)后,即可从滴定管刻度读出蒸腾失水的容积,换算成质量即为蒸腾的水量(m),然后用质量法测定出枝条中叶的总面积(S)。得到以上数据后,代入上述公式即可求出蒸腾强度。

质量法测定叶面积的原理是:假定一张白纸各部分分布均匀,那么纸的面积(b)就与纸的质量(a)成正比,该纸单位质量的面积为b/a,即知道质量就可求出面积。今将枝条上的叶片的实际大小描在白纸上,并沿笔线剪下来,然后称其总质量(x),则叶的总面积S=(b/a)x。 [5]

(1) 蒸腾作用是植物对水分吸收和运输的一个主要动力;
  (2) 蒸腾作用促进植物对矿物质的吸收和运输;

(3) 蒸腾作用能降低植物体和叶片的温度;

(4) 蒸腾作用的正常进行,气孔开放,有利于光合作用中 CO2 固定。

蒸腾的器官:叶片(主要),茎及地上部其它器官。

蒸腾的方式:气孔蒸腾(主要),角质蒸腾,皮孔蒸腾。

植物体的各部分都有潜在的对水分的蒸发能力。当植物幼小的时候,暴露在地面上的全部表面都能蒸腾;木本植物长大以后,茎枝上的皮孔可以蒸腾,称之为皮孔蒸腾。但是皮孔蒸腾的量只占全蒸腾量的 0.1% ,所以,植物的蒸腾作用绝大部分是靠叶片的蒸腾。

叶片的蒸腾有两种方式:(1)通过角质层的蒸腾叫角质蒸腾;(2)通过气孔的蒸腾叫气孔蒸腾。气孔蒸腾是植物叶片蒸腾的主要形式。

常用的蒸腾作用的定量指标有:

植物在一定时间内,单位叶面积上散失的水量称为蒸腾速率,又称蒸腾强度。

植物每消耗 1kg水所生产干物质的克数,或者说,植物在一定时间内干物质的累积量与同期所消耗的水量之比称为蒸腾比率或蒸腾效率。

植物制造 1g 干物质所消耗的水量( g )称为蒸腾系数(或需水量),它是蒸腾比率的倒数。

(1) 光:光促进气孔的开启,蒸腾增加。

(2) 水分状况:足够的水分有利于气孔开放,过多的水分反而使气孔关闭。

(3) 温度:气孔开度一般随温度的升高而增大,但温度过高失水增大也可使气孔关闭。

(4) 风:微风有利于蒸腾,强风蒸腾降低。

(5)CO2 浓度: CO2 浓度低促使气孔张开,蒸腾增强。

(1) 减少蒸腾面积;

(2) 改善植物生态环境;

(3) 应用抗蒸腾剂。


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