Növényi vízviszonyok és energiamérleg

Az előadások a következő témára: "Növényi vízviszonyok és energiamérleg"— Előadás másolata:

1 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

2 A NÖVÉNYI SZÖVETEK VÍZTARTALMA
Átlagosan: % Fa: % Mag: 5-15 % Sejtfal: 50 % Citoplazma: 95 % Vakuólum: 98%

3 Yg = rw g h YP: nyomás-potenciál Yg: gravitációs potenciál
+ hidrosztatikai nyomás a rigid sejtfalon belül - hidrosztatikai nyomás (szívóerő) a sejtfalakban, xilémben Yp: ozmotikus potenciál a víz koncentrációjának hatása Y-re oldott anyagok jelenléte csökkenti a víz koncentrációját általában az oldott anyag koncentrációját érdemes meghatározni, mert vízből sok van: Yg = rw g h Yt: mátrix-potenciál a felületeken megkötődött víz is csökkenti a vízpotenciált (hidrátburok, talajrészecskék felszíne, sejtfal-kapillárisok belseje) m3.Pa *K* mol mol.K m3

4 Y = Y+ YP +Yp +Yg +Yt A VÍZPOTENCIÁL
Y: 25 °C-on 0,1 MPa nyomáson a tiszta víz vízpotenciálja, értéke önkényesen 0 YP: nyomás-potenciál (-,0,+), plazmolízis, xilem elemek, turgor Yp: ozmotikus potenciál (-,0), ozmotikusan aktív, inaktív vegyületek Yg: gravitációs potenciál(0,+), magas fák Yt: mátrix-potenciál (-,0), kapillárisok

5 Milyen magasra emelkedhet a víz
az edényes növényekben? kapillaritás (átmérő) – víz, higany vízszivattyúk (légköri nyomás) magas fák

6 nyomásmérő kamra, Scholander-kamra
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

7 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)

8

9 Ψ=P+π

10 Levegő: -100 MPa Levél légterei: -7 MPa levél sejtfal: -1 MPa Xilem elemek:-0.8MPa (törzs) Xilem elemek:-0.6 MPa (gyökérzet) Talaj: -0.3 MPa

11 Kohézió, a víz tenziótűrése

12

13 Rostok, tracheidák, xilém elemek
Átmérő, specializálódás a vízvezetésre A transzspirációs szívóerő a vízoszlopot instabillá teszi, könnyen buborék képződhet (kavitáció vagy embolizmus).

14 A levegő vízgőztartalma
száraz (Ta) és nedves (Tw) hőmérő, pszichrometrikus állandó abszolút és relatív páratartalom, harmatpont-hőmérséklet (D) Diffúzió, koncentrációgrádiens (=(parciális)nyomásgrádiens)

15 Peltier-effektus Termoelemek réz – konstantán, réz – króm
dU(µVolt) vagy dT (°C) Feszültségkülönbség µVolt-os nagyságrend elektromos áram idő, másodpercek Hőmérsékleti külonbség a csatlakozások között

16 DIFFÚZIÓ A SZTÓMÁKON ÁT
xilém floém folyadék film zárósejt diffúzió a külső légtérbe sztóma evaporáció a belső légtérbe

17 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

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

19 F=(csztóma alatti tér-ckörnyező levegő)*gs
Felületi határréteg vízgőznyomás-kontúr (a vízgőzre nézve izobár) F=D*(c2-c1)/l mol.m2.s-1=m2.s-1*mol.m-3*m F=(csztóma alatti tér-ckörnyező levegő)*gs mol.m2.s-1=mol.m-3*m.s-1

20

21 Felületi határréteg vastagsága (mm)
az objektum (levél, gömb, henger) jellemző kiterjedésének hossza (m) . A levél esetében ez a levél hossza.

22 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.

23 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?)

24 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

25 Hőháztartás Felszínek (vegetáció, hó, úttest) energiamérlege

26 Beérkező rövid és hosszúhullámú sugárzás
Visszavert rövid- (albedo) és hosszúhullámú sugárzás A felszín hőmérsékletétől függő hosszúhullámú (infravörös) kisugárzás

27 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

28 Rn; nettó radiáció H; az érzékelhető hő árama ;magában foglalja a kondukciót és a konvekciót; LE; látens hő; (párolgás, kondenzáció) Megegyezés: ↑ a + irány, ↓ a – negatív irány konstans levélhőmérséklet mellett és a metabolizmust nem tekintve Rn+H+LE=0 Rn, (W/m2); Rn=Rnabs-e.σ.T4 e; a levél emisszivitása cca 0.95 σ; Stefan-Boltzmann állandó, 5.673*10-8 W/(m2.K4) T; levélhőmérséklet, °K H, (W/m2); H= (Ta-Tl).cP.ρ.ga Ta; léghőmérséklet, Tl; levélhőmérséklet cP; a száraz (telítetlen) levegő specifikus hőkapacitása 1000 J/(kg.K) ρ; a száraz levegő sűrűsége; 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, Pa gl , ga ; a levélre és a felületi határrétegre jellemző konduktanciák, m/s ; pszichrometrikus állandó (~66Pa/K). → ld. levegő páratartalma, nedves hőmérséklet