Növényi vízviszonyok és energiamérleg

Növényi vízviszonyok és energiamérleg

A víz hosszútávú szállítása

növényi vízviszonyok viszgálatára szolgáló módszerek

A víz leadása a levél szintjén

diffúzió

a sztómák szerepe

Növényi állományok energiamérlege

Nettó radiáció szenzibilis és látens hőáram

A szél szerepe az energiacserében

A NÖVÉNYI SZÖVETEK VÍZTARTALMA

Átlagosan: 75-95 %

Fa: 35-75 %

Mag: 5-15 %

Sejtfal: 50 %

Citoplazma: 95 %

Vakuólum: 98%

P: nyomás-potenciál

ozmotikus potenciál

g: gravitációs potenciál

mátrix-potenciál

• a víz koncentrációjának hatása -re

• oldott anyagok jelenléte csökkenti a víz koncentrációját

• általában az oldott anyag koncentrációját érdemes meghatározni, mert vízből sok van:

RTCs

+ hidrosztatikai nyomás a rigid sejtfalon belül- hidrosztatikai nyomás (szívóerő) a sejtfalakban, xilémben

g = w g h

• a felületeken megkötődött víz is csökkenti a vízpotenciált (hidrátburok, talajrészecskék felszíne, sejtfal-kapillárisok belseje)m3.Pa *K* mol

mol.K m3

3/**.3 mmolKPam

A VÍZPOTENCIÁL

P +g

25 °C-on 0,1 MPa nyomáson a tiszta víz vízpotenciálja, értéke önkényesen 0

P: nyomás-potenciál (-,0,+), plazmolízis, xilem elemek, turgor

ozmotikus potenciál (-,0), ozmotikusan aktív, inaktív vegyületek

Yg: gravitációs potenciál(0,+), magas fák

mátrix-potenciál (-,0), kapillárisok

Milyen magasra emelkedhet a víz

az edényes növényekben?

- kapillaritás (átmérő) – víz, higany

- vízszivattyúk (légköri nyomás)

- magas fák

r

r

/*2P

g)*/(cos(*2h

cos(*r*2g*h*r*r

nyomásmérő kamra, Scholander-kamra

egyensúlyihajtás )12(P(2))10(

1. - ha a xilem elem vízpotenciálja a környező sejtekével egyensúlyban van, akkor onnan nem tud felvenni vizet

2. – xilem elemek – sok esetben elhalt sejtek (fák) – nincs szerepe az ozmózisnak – csak a P komponens „áll rendelkezésre”, ez esetben

P

)11(P(-2))13(

plazmolízis, az oldatok által elfoglalt térfogat csökken → tenzió lép fel

a plazmalemma tapad a sejtfalhoz

ahhoz hogy attól elváljon, negatív nyomás hidrosztatikus nyomás szükséges

A negatív nyomás sejtszinten is előfordulhat

az elaszticitás, rugalmasság ez ellen hat

e=dP/(dV/V)

Ψ=P+π

Levegő: -100 MPa

Levél légterei: -7 MPalevél sejtfal: -1 MPa

Xilem elemek:-0.8MPa(törzs)

Xilem elemek:-0.6 MPa(gyökérzet)

Talaj: -0.3 MPa

ln(RH(%))*T*R*1/Vwlevegő

Kohézió, a víz tenziótűrése

Rostok, tracheidák, xilém elemek

Átmérő, specializálódás a vízvezetésre

A transzspirációs szívóerő a vízoszlopot instabillá teszi, könnyen buborék képződhet (kavitáció vagy embolizmus).

A levegő vízgőztartalma-száraz (Ta) és nedves (Tw) hőmérő, pszichrometrikus állandó- abszolút és relatív páratartalom, harmatpont-hőmérséklet (D)

Diffúzió, koncentrációgrádiens (=(parciális)nyomásgrádiens)

ln(RH(%))*T*R*1/Vwlevegő

Termoelemek

réz – konstantán, réz – króm

Hőmérsékleti külonbség a csatlakozások között

elektromos áram

Peltier-effektus

Feszültségkülönbség µ

Volt-os nagyságrend

idő, másodpercekdU

(µV

olt) vagy dT (°C

)

xilém

floém folyadékfilm

diffúzió a külső légtérbe

evaporáció a belső légtérbe

sztóma

zárósejt

DIFFÚZIÓ A SZTÓMÁKON ÁT

ln(RH(%))*T*R*1/Vwlevegő

ln(RH(%))*T*R*1/Vwlevegő

A zárósejtek falaiban a cellulóz-fibrillumok a harántirányúak, úgy hogy a középtől kifelé tartanak

- aktív (pl. a K+-ionok aktív transzportjával járó), CO2, kék fény, ABA

- passzív (vízvesztésen alapuló), szárazságstressz

R=U/I, ellenállás=koncentrációkülönbség/áram(lás), I=U/R, g=1/r, F=dC*D/l

F(kg.m2.s-1)=dC(kg.m-3)*D/l (m.s-1), →D/l=g

F = D/l*P/(R*T)*, D/l=g (n/V=P/(R*T))

↓

(mol.m-2.s-1)=m2.s.m-1*Pa*(m-3Pa-1.mol.K.K-1)→m.s-1*mol.m-3

F=D*(c2-c1)/l

F=(csztóma alatti tér-ckörnyező levegő)*gs

Felületi határréteg

vízgőznyomás-kontúr (a vízgőzre nézve izobár)

mol

mol.m2.s-1=m2.s-1*mol.m-3*m

mol.m2.s-1=mol.m-3*m.s-1

Fel

ület

i hat

árré

teg

vast

agsá

ga (

mm

)

az objektum (levél, gömb, henger) jellemző kiterjedésének hossza (m) . A levél esetében ez a levél hossza.

Morfológiai adaptáció

A fénylevelek kisebbek mint az árnyéklevelek → kisebb effektív hossz → vékonyabb felületi határréteg → hatékonyabb konvekció (és egyéb kicserélődés)

A levél tagoltsága is a hatékony hossz csökkenését eredményezi.

Anyag és energia forgalom a növényi állományok szintjén

És ha nem diffúzióval történik az energia, vagy anyagtranszport.... (egy búzamező a felette lévő 90 m-es légoszlop által tartalmazott összes CO2-t „megeszi” egy nap alatt. Vagy mégsem?)

Szélprofilból vezetőképesség (~1/R)

u*=u.k/(ln((z-d)/z0)

Km=k.u*(z-d)

F=dc*Km

(Km=Kh=Kv)

Analógia a diffúzióval: vezetőképesség ~ konduktancia, Km~g

hasonlósági elv, Km=Kh=Ks

)(*

)(* ),)c((* P

zSKmFs

zuKmFmzKmFh

Hőháztartás

Felszínek (vegetáció, hó, úttest) energiamérlege

R+S

R-S

R+L R-

L

H LE

G

P,S

Beérkező rövid és hosszúhullámú sugárzás

Visszavert rövid- (albedo) és hosszúhullámú sugárzás

A felszín hőmérsékletétől függő hosszúhullámú (infravörös) kisugárzás

Rn:nettó radiáció

(összes↓-összes↑)

H: érzékelhető/szenzibilis hőáram

L: a (víz) párolgás látens hőmennyisége (2 440J/g)

E: evapotranszspiráció

Bowen arány: H/L*E

Rn=H+LE+G+P

Rn; nettó radiációH; az érzékelhető hő árama ;magában foglalja a kondukciót és a konvekciót; LE; látens hő; (párolgás, kondenzáció)Megegyezés: ↑ a + irány, ↓ a – negatív iránykonstans levélhőmérséklet mellett és a metabolizmust nem tekintve Rn+H+LE=0

Rn, (W/m2); Rn=Rnabs-e.σ.T4e; a levél emisszivitása cca 0.95σ; Stefan-Boltzmann állandó, 5.673*10-8 W/(m2.K4)T; levélhőmérséklet, °K

H, (W/m2); H= (Ta-Tl).cP.ρ.gaTa; léghőmérséklet, Tl; levélhőmérsékletcP; a száraz (telítetlen) levegő specifikus hőkapacitása 1000 J/(kg.K)ρ; a száraz levegő sűrűsége; 1.205 kg/m3 (20 °C, 1 atm)ga a felületi határréteg konduktanciája; m/s levélszinten, a vezetőképesség (Km) állományszinten

LE, (W/m2); LE= (el-ea). cP.ρ.(gl + ga)/el; a sztóma alatti tér vízgőznyomása, Pa; ea; a levegő vízgőznyomása, Pagl , ga ; a levélre és a felületi határrétegre jellemző konduktanciák, m/s ; pszichrometrikus állandó (~66Pa/K). → ld. levegő páratartalma, nedves hőmérséklet