蒸騰

蒸騰

蒸騰是指植物體表(主要指葉子)的水分通過水蒸氣的形式散發到空氣中的過程。蒸騰與物理學上所說的蒸發有著一定的差別,蒸騰作用不僅會受到外界環境的影響,還會受到植物的調節和控制,所以蒸騰作用要比蒸發作用複雜得多,蒸騰作用的發生與植物的大小無關,即使是幼苗依然能夠進行蒸騰。

基本介紹

  • 中文名:蒸騰
  • 外文名:Transpiration
  • 場所:葉片
  • 影響因素:光、溫度
  • 實質:水分從植物表面散失的現象
  • 套用領域:環境生態
釋義,作用,原理,蒸騰方式,蒸騰強度測試,生理意義,度量,蒸騰速率,蒸騰比率,蒸騰係數,外界因素,降低蒸騰的途徑,

釋義

元稹詩:“雲雷暗交構,川澤方蒸騰。”
蒲松齡聊齋志異·馬介甫》:“坐伺良久, 萬石 頻起催呼,額頰間熱汗蒸騰。”
鄭振鐸《桂公塘》一:“所難堪的祇是那一陣陣的腥騷氣,就從立足的地面蒸騰上來。”
水分從植物地上部分以水蒸氣狀態向外散失的過程叫蒸騰作用。水分從植物體內散失到大氣中的方式有兩種,一種是以液態逸出體外,例如吐水;另一方式是以氣態逸出體外,即蒸騰作用,這是植物失水的主要方式。

作用

蒸騰作用是指水分從植物表面散失的現象。
水分在植物的表面由液體變成氣體,這過程需要能量,這能量稱為蒸發潛熱,在大自然中這能量是由太陽供應的。
蒸騰作用會在三個地方進行
氣孔:氣孔分布在葉片及綠莖上,水分從植物細胞蒸發,水汽透過氣孔向外界擴散,在茂密的植物大概有90%的水分是透過這途徑散失的。
角質層:水分在表皮細胞的細胞壁蒸發,並穿過覆蓋著葉片及綠莖的角質層,視乎角質層的厚度,大約有10%的水分是透過這途徑散失的。
皮孔:水汽透過木質莖上的皮孔散失,縱使這是樹木在落葉後水分的主要散失途徑,在一般情況下占水分散失的比例很小。
在不尋常的炎熱天氣下,蒸騰作用可使得植物免於被灼傷,但適應了炎熱天氣的植物會有其他更有效的抗熱手段。
在葉片中,水分可以沿三個途徑移動:
質粒外途徑:無生質粒是指植物體內相鄰不絕的細胞壁所構成的系統(除了根部細胞內的凱氏帶)。細胞壁由纖維組成,有大約50%的空位可以容納水分。當水分從由葉肉細胞向氣室蒸發,在無生質粒的水分就會產生張力,透過水分子間的拉力使水分在細胞壁間移動,葉片散失的水分最終由木質部內的水分補充。
共質粒途徑:植物細胞透過胞間連絲彼此相互連線,其詳細機理尚未清晰,但可以肯定水分及溶質可以透過這系統移動而無須穿越層層的細胞膜。
液泡途徑:水分在植物細胞間穿過無生質粒、共質粒及液泡而移動,當水分從葉肉細胞(細胞A)蒸發,細胞內的水勢就會下降,相鄰的葉肉細胞(細胞B)的水勢就會比該細胞為高,從而使水分由細胞B移動向細胞A,此亦會使細胞B的水勢下降,令相鄰的葉肉細胞(細胞C)的水勢比細胞B為高,如此類推,使葉片中由高水勢的木質部至低水勢葉肉細胞間形成水勢梯度,水分就會從木質部移動向葉肉細胞。順帶一提,在此情況下令水勢下降的主因是壓力勢的下降,而非溶質勢的下降。
植物從根部吸收到的水分,大約只有1%留在體內,用於各種生理過程,而其他的99%會通過蒸騰作用散失,而且數量很大,一株玉米到結實為止大約要通過蒸騰作用散失200公斤的水。
蒸騰牽引力(Transpiration pull)是大多數植物水分往上運輸的動力。原因是水分的散失使得這些部位的胞液濃度上升,水分沿濃度梯度逆重力在木質部中往上運輸。詳見植物體無機鹽運送途徑。
植物通過氣孔的開合可以有效控制蒸騰作用對自身的影響。
蒸騰作用在調節周邊環境的溫度濕度方面影響很大。總的說來,樹木茂密的地方,降雨量比較大,溫差也會相對於樹木稀疏的地區少。

原理

首先,蒸騰作用為植物吸收和運輸水分提供動力。葉片的水分散失掉後,葉片細胞液的濃度自然就會提高,於是就產生了向葉脈細胞吸水的動力,這樣葉片就向莖吸水,莖又向根吸水,迫於強大的壓力,根不得不向土壤吸水;其次,水在從根部向葉片運輸的過程中,把溶解於水中的各種養料也一併帶到了植物全身;最後,蒸騰作用還能夠幫助植物降溫散熱。植物像動物一樣也怕烈日的烤曬,為了不至於被烤焦,植物就通過蒸發水分把熱量從體內散發出去,以保持一定的恆溫。

蒸騰方式

植物進行蒸騰的主要場所是葉片,蒸騰以兩種方式在葉片上進行:一種是出現在葉片角質層上,這是角質蒸騰;另一種是出現在葉片氣孔上,這是氣孔蒸騰。由於水分對於植物的生長有著重要作用,所以水分的喪失會對植物造成嚴重的傷害。為了降低蒸騰對植物的不利影響,植物的葉片表面形成了一層角質層,這個角質層能夠有效地阻止水分的流失。此外,植物葉片上的氣孔有著精緻的結構,這種結構也能減慢水分的流失速度。所以蒸騰作用的主要方式是氣孔蒸騰。

蒸騰強度測試

蒸騰強度亦稱“蒸騰率”。單位時間的葉面蒸騰量。隨植物的生長階段、土壤水分狀況、氣候等因素而變化。
一般用每小時每平方分米所蒸騰的水量(g)來表示,即
Q=m/(t·S)
式中,Q為蒸騰強度,g/(dm2·h);m為蒸騰的水量,g;t為時間,h;S為葉面積,dm2
容積法測定植物的蒸騰強度,是將帶葉的植物枝條通過一段乳膠管與一支滴定管相連,管內充滿水,組成一個簡易蒸騰計。蒸騰一定時間(t)後,即可從滴定管刻度讀出蒸騰失水的容積,換算成質量即為蒸騰的水量(m),然後用質量法測定出枝條中葉的總面積(S)。得到以上數據後,代入上述公式即可求出蒸騰強度。
質量法測定葉面積的原理是:假定一張白紙各部分分布均勻,那么紙的面積(b)就與紙的質量(a)成正比,該紙單位質量的面積為b/a,即知道質量就可求出面積。今將枝條上的葉片的實際大小描在白紙上,並沿筆線剪下來,然後稱其總質量(x),則葉的總面積S=(b/a)·x。

生理意義

(1) 蒸騰作用是植物對水分吸收和運輸的一個主要動力;
(2) 蒸騰作用促進植物對礦物質的吸收和運輸;
蒸騰
(3) 蒸騰作用能降低植物體和葉片的溫度;
(4) 蒸騰作用的正常進行,氣孔開放,有利於光合作用中 CO2 固定。
蒸騰的器官:葉片(主要),莖及地上部其它器官。
蒸騰的方式:氣孔蒸騰(主要),角質蒸騰,皮孔蒸騰。
植物體的各部分都有潛在的對水分的蒸發能力。當植物幼小的時候,暴露在地面上的全部表面都能蒸騰;木本植物長大以後,莖枝上的皮孔可以蒸騰,稱之為皮孔蒸騰。但是皮孔蒸騰的量只占全蒸騰量的 0.1% ,所以,植物的蒸騰作用絕大部分是靠葉片的蒸騰。
葉片的蒸騰有兩種方式:(1)通過角質層的蒸騰叫角質蒸騰;(2)通過氣孔的蒸騰叫氣孔蒸騰。氣孔蒸騰是植物葉片蒸騰的主要形式。

度量

常用的蒸騰作用的定量指標有:

蒸騰速率

植物在一定時間內,單位葉面積上散失的水量稱為蒸騰速率,又稱蒸騰強度

蒸騰比率

植物每消耗 1kg水所生產乾物質的克數,或者說,植物在一定時間內乾物質的累積量與同期所消耗的水量之比稱為蒸騰比率蒸騰效率

蒸騰係數

植物製造 1g 乾物質所消耗的水量( g )稱為蒸騰係數(或需水量),它是蒸騰比率的倒數。

外界因素

(1) 光:光促進氣孔的開啟,蒸騰增加。
(2) 水分狀況:足夠的水分有利於氣孔開放,過多的水分反而使氣孔關閉。
(3) 溫度:氣孔開度一般隨溫度的升高而增大,但溫度過高失水增大也可使氣孔關閉。
(4) 風:微風有利於蒸騰,強風蒸騰降低。
(5)CO2 濃度: CO2 濃度低促使氣孔張開,蒸騰增強。

降低蒸騰的途徑

(1) 減少蒸騰面積;
(2) 改善植物生態環境;
(3) 套用抗蒸騰劑

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