第八章植物生长与水分.ppt

第八章植物生长与水分 第一节水分在植物生命活动中的作用 一 植物含水量一般植物组织含水量占鲜重的60 90 二 植物体内水分的存在状态细胞中的水可分为两类 束缚水 与细胞组分紧密结合不能自由移动 不易蒸发散失的水 自由水 与细胞组分之间吸附力较弱 可以自由移动的水 三 水分在植物生命活动中的作用1 水分是原生质的组成成分 含水量减少溶胶凝胶含水量增加 2 水分是生命活动的介质和参与者3 水分是物质吸收和运输物质的工具4 水分能使植物保持固有的姿态生理需水 满足植物生理活动所需要的水分生态需水 利用水的理化特性 调节植物周围的环境所需要的水分 第二节植物对水分的吸收 满足植物生长发育的需要水分 主要是从土壤中吸取的 植物吸水的器官是根 吸水部位是根毛区 细胞是植物体结构和功能的基本单位 植物吸水首先是细胞吸水 一 植物吸水原理 一 水势水势 相同温度下 一个系统中一摩尔的水与一摩尔的纯水之间的自由能差 溶液浓度愈大 水势愈低 水的流动方向由水势的高低决定 水由水势高流向水势低的区域 水在植物体内的移动主要形式为集流与扩散 渗透作用是扩散的一种特殊形式 一 细胞吸水 扩散作用 物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移 直到均匀分布的现象 渗透作用 水分子通过半透膜由水势高向水势低的部位流动的现象 半透膜 水分子可以自由通过 其他物质有选择通过的特殊的膜 原生质层 包括质膜 细胞质和液泡膜看成一个半透膜 液泡内的细胞液含许多溶解在水中的物质 具有水势 因此 细胞构成一个渗透系统 细胞的吸水方式 渗透性吸水 细胞形成液泡后的主要吸水方式 吸胀吸水 未形成液泡的细胞的吸水方式 代谢性吸水 直接消耗能量的吸水方式 植物细胞主要是通过渗透作用来吸收水分的 质壁分离与复原 质壁分离 细胞失水使原生质与细胞壁分离的现象 质壁分离复原 质壁分离的细胞吸水 原生质膨胀最终恢复与细胞壁相接触的现象 利用细胞质壁分离和质壁分离复原的现象可以判断细胞死活 二 根系吸水 1 根系吸水的部位主要在根的尖端 从根尖向上约10mm的范围内 包括根冠 根毛区 伸长区和分生区 以根毛区的吸水能力最强 因为 根毛多 增大了吸收面积 5 10倍 细胞壁外层由果胶质覆盖 粘性较强 有利于和土壤胶体粘着和吸水 输导组织发达 水分转移的速度快 2 植物根系吸水动力 主动吸水 由植物根系生理活动而引起的吸水过程 根的主动吸水具体反映在根压上 被动吸水 植物根系以蒸腾拉力为动力的吸水过程 2 根系吸水的动力 根压 是指由于植物根系生理活动而促使液流从根部上升的压力 大多数植物的根压为0 1 0 2MPa 有些木本植物的根压可达0 6 0 7MPa 伤流和吐水是证实根压存在的两种生理现象 伤流从受伤或折断的植物组织伤口处溢出液体的现象 伤流是由根压引起的 从伤口流出的汁液叫伤流液 伤流液其中除含有大量水分之外 还含有各种无机物 有机物和植物激素等 伤流和根压示意图伤流液从茎部切口处流出 用压力计测定根压 吐水叶片尖端或边缘的水孔向外溢出液滴的现象 3 产生根压的原因 植物根系主动吸收土壤溶液中的离子 离子转运到根的内皮层内 使中柱细胞和导管的溶质增加 内皮层的水势低于土壤溶液的水势时 土壤中的水分顺水势梯度从外部经内皮层渗透进入中柱细胞和导管 三 影响根系吸水的土壤条件 1 土壤温度 土温低使根系吸水下降 原因 粘度增加 扩散速率降低 根系呼吸速率下降 主动吸水减弱 根系生长缓慢 有碍吸水面积的扩大 土温过高对根系吸水不利 原因 提高根的木质化程度 加速根的老化 根细胞中各种酶蛋白变性失活 2 土壤通气状况CO2浓度过高或O2不足 则根的呼吸减弱 不但会影响根压的产生和根系吸水 而且还会因无氧呼吸累积较多的酒精而使根系中毒受伤 3 土壤水分土壤缺水时 植物细胞失水 膨压下降 叶片 幼茎下垂 这种现象称为萎蔫 4 土壤溶液浓度 土壤溶液浓度过高 土壤水势降低 若低于根系水势植物不能吸水反而失去水分 这样导致生理性干旱 三 影响根系吸水的土壤条件 第三节水分的散失 蒸腾作用 一 蒸腾作用1 蒸腾作用 植物体内的水分以气态散失到大气中去的过程 2 蒸腾作用的生理意义 蒸腾拉力是植物吸水与转运水分的主要动力 促进木质部汁液中物质的运输 降低植物体的温度 夏季 绿化地带的气温比非绿化地带的气温要低3 5 有利于CO 的吸收 同化3 蒸腾作用的方式皮孔蒸腾 茎 枝 角质层蒸腾 叶 气孔蒸腾 叶 植物蒸腾作用的最主要方式 二 气孔蒸腾 1 气孔的形态结构及生理特点 气孔是植物表皮上一对特化的细胞 保卫细胞和由其围绕形成的开口的总称 是植物进行体内外气体交换的门户 植物叶片表面特别是叶缘部分分布着大量的气孔 但气孔很小 气孔所占面积 不到叶面积的1 但气孔的蒸腾量却相当于所在叶面积蒸发量的10 50 甚至100 2 小孔扩散律 气体通过多孔表面扩散的速率 不与小孔的面积成正比 而与小孔的周长成正比 三 气孔运动的机理 蔗糖 淀粉假说气孔运动是由于保卫细胞中蔗糖和淀粉间的相互转化而引起渗透势改变而造成的 2 无机离子泵学说又称K 泵假说 K 从副卫细胞转运到保卫细胞中引起渗透势下降 气孔张开 K 反向转运 则气孔关闭 四 影响蒸腾的因素 1 光通常气孔在光下张开 暗中关闭 2 水分水分胁迫条件下气孔开度减小 如蒸腾过于强烈 即使在光下 气孔也会关闭 3 温度随温度的上升气孔开度增大 30 左右开度最大 4 风微风促进蒸腾 强风引起气孔关闭 总之 外界较高的光强和温度 较低的湿度 较大的风速有于气孔的蒸腾 五 水分的传导 一 水分传导途径 土壤根毛皮层内皮层中柱鞘根的导管茎的导管叶柄导管叶肉细胞叶细胞间隙气孔下腔气孔大气二 水分传导的速度在根 茎 叶细胞内的运输有两种途径 1 经过质外体 导管等 运输速度一般3 45m h 1 2 经过活细胞 以渗透方式进行运输 运输距离短 运输阻力大 一般只有10 3cm h 1 第四节土壤水分 水分作为土壤的重要组成部分 参与土壤中不断进行的各种物质和能量的转化 水分的形态 数量和能量决定着物质和能量的转化强度 进一步影响着植物吸水和土壤对植物的营养和水分供应 一 土壤水的类型 吸湿水由于干燥土粒的吸附力所吸附的气态水而保持在土粒表面的水分称吸湿水 吸湿水的特点 吸湿水受土粒的吸持力很大 不能移动 具有固态水的性质 对溶质无溶解力 为无效水 膜状水吸湿水达到最大后 土粒剩余引力吸附的液态水 在吸湿水层外形成液态水膜 膜状水的特点 艰难吸收的有效水 一 土壤水的类型 毛管水 靠土壤毛管引力而保持在土壤毛管孔隙中的水叫毛管水 运动较快 不再受土粒引力作用 是可以移动的自由水 属于有效水 是植物用水的主要来源 根据土层中地下水面与毛管水相连与否可分为 1 毛管上升水 是指地下水沿着毛管上升而充满毛管孔隙中的水分 土壤中毛管上升水的最大值称为毛管持水量 毛管水上升高度与土壤质地相关 2 毛管悬着水 借毛管力保持在土壤上层不与地下水相连的水分 毛管悬着水的最大时的土壤含水量称为田间持水量 是确定灌水量的重要参数 重力水超过田间持水量之后 不能被毛管吸持 而在重力的作用下沿着大孔隙向下渗漏的水分 旱田无效 水田有效 二 土壤水分的表示方法及有效性 一 土壤水分的表示方法1 质量含水量 土壤中水分的质量占干土重的百分数 干土重为105 110 下的烘干土重 2 容积含水量 单位土壤总容积中水分所占的容积百分数 容积含水量 质量含水量 容重3 土壤水贮量 一定面积和一定厚度土壤中含水量的绝对数量 由水深和绝对水体积表示 4 土壤相对含水量 土壤实际含水量占该土壤田间持水量的百分数 二 土壤水分的有效性 土壤最大有效水量 田间持水量 萎蔫系数土壤实际有效水量 土壤实际含水量 萎蔫系数速效水阶段 田间持水量 毛管断裂含水量70 田间持水量毛管水连续 移动迅速 供应及时 水就根 缓效水阶段 毛管断裂含水量 45 田间持水量70 田间持水量粗毛管水断裂 移动缓慢 供应不足 根就水 迟效水阶段 45 田间持水量 萎蔫系数膜状水 移动更慢 难于利用 暂时萎蔫 三 土壤水分的能态 一 土壤水势土水势 土壤在各种力 吸附力 毛管力 重力和静水压力等 的作用下 势 或自由能 的变化 主要是降低 称为土水势 土水势包括基质势 压力势 溶质势 重力势等分势 土壤水由水势高处流向低处 二 土壤水吸力土壤水承受一定吸力的情况下所处的能态 为正值 数量上与土壤水负压力相等 土壤水由吸力低处流向高处 三 水分特征曲线 水分特征曲线 用土壤水的能量指标和土壤水的数量指标制定的相关曲线 意义 同时反映土壤含水量 土壤水吸力和土壤水分有效性之间的关系 四 土壤水分的运动 土壤水汽的扩散与凝聚 水气压高处水气压低处水多处水少处暖处冷处 夏季土壤回潮 春季土壤返浆 土壤水分的蒸发 大气蒸发力阶段 土壤含水量 田间持水量 自由蒸发 决定大气 土壤导水率控制阶段 土壤含水量 田间持水量控制蒸发 干土层 早春顶凌耙地 灌后适时松土 扩散控制阶段 土壤含水量 毛管断裂含水量气态扩散 干土层 镇压 五 土壤水分的调节 1 发展节水灌溉根据土壤的持水量确定灌水定额 灌水量 田间持水量 土壤自然含水量 实行节水灌溉技术 管道灌 喷灌 滴灌等 2 控制地表径流 增加土壤水分入渗 实行坡地等高耕作 沟 垄间套种植 3 加强栽培措施 减少土壤水分蒸发 雨后或灌水后及时中耕或地面覆盖 都能减少土壤水的损失 采取地面覆盖 如地膜覆盖 秸秆覆盖等可降低土壤蒸发强度 在疏松 漏风跑墒的土壤上 镇压也是保墒的有效措施 实行免耕栽培 应用土壤增温保墒剂 4 合理耕作 施用有机肥 提高土壤水分有效性 提高田间持水量 降低凋萎系数 改良土壤质地 结构 增加孔隙度 减少无效孔隙 提高土温 第五节大气中的水分 一 空气湿度大气中的水分有三种形态存在 即气态 液态和固态 大多数情况下 水分是以气态存在于大气中的 三种形态在一定条件下可相互转化 表示空气潮湿程度的物理量 称为空气湿度 通常用水气压 相对湿度 饱和差和露点温度来表示 一 空气湿度 水气压 空气中水气产生的压力 也称绝对湿度 以百帕 hpa 为单位 相对湿度 空气中的实际水气压与相同温度下的饱和水气压的百分比 饱和差 一定温度条件下 饱和水气压与空气中实际水气压的差值 露点温度 空气中水气含量和水气压不变时 通过降低气温使空气达到饱和时的温度 二 水分蒸发 水分蒸发 由液态或固态水转变为气态水的过程包括水面蒸发 植物蒸腾和土壤蒸发三种 影响因素水温 正相关 饱和差 正相关 风速 正相关 水气压 负相关 水面形状 凸面 凹面 三 水分凝结与降水 水分凝结 由气态水转变为液态或固态水的过程 水分凝结的条件 水气达到饱和 增加水气含量 降温 露点温度 凝结核 对水分子有亲和力和吸附力的微粒 灰尘 烟粒 盐粒 花粉 SO2 SO3 水气凝结物 露 霜 雾 雪 云 雨 雹 四 水分与植物 一 植物的需水量 一 不同作物对水分的需要量不同 根据蒸腾系数估计水分的需要量 生物产量 蒸腾系数 理论最低需水量 生物产量 作物一生中形成的全部有机物的总量 二 同一作物不同生育期对水分的需要量不同早稻苗期由于蒸腾面积较小 水分消耗量不大 分蘖期蒸腾面积