Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Гидравлическое перераспределение - это пассивный механизм, при котором вода транспортируется из влажной почвы в сухую по подземным сетям. [1] Это происходит у сосудистых растений, которые обычно имеют корни как во влажных, так и в сухих почвах, особенно у растений с обоими стержневыми корнями, которые растут вертикально до уровня грунтовых вод , и боковыми корнями, которые расположены близко к поверхности. В конце 1980-х было движение за понимание всей протяженности этих подземных сетей. [2] С тех пор было обнаружено, что сосудистым растениям помогают сети грибов, которые растут в корневой системе и способствуют перераспределению воды. [1] [3] [4]

Процесс [ редактировать ]

Жаркие и засушливые периоды, когда поверхностная почва высыхает до такой степени, что боковые корни источают всю воду, которую они содержат, приведут к гибели таких боковых корней, если вода не будет заменена. Точно так же в чрезвычайно влажных условиях, когда боковые корни затоплены паводковыми водами, недостаток кислорода также приведет к опасности для корней. У растений, которые демонстрируют гидравлическое перераспределение, существуют пути ксилемы от главного корня к боковым каналам, так что отсутствие или обилие воды в боковых каналах создает потенциал давления, аналогичный транспирационному притяжению . В условиях засухи грунтовые водычерез стержневой корень поднимается к боковым стенкам и выводится на поверхность почвы, восполняя то, что было потеряно. В условиях затопления корни растений выполняют аналогичную функцию в обратном направлении.

Хотя это часто называют гидравлическим подъемником, движение воды корнями растений происходит в любом направлении. [5] [6] [7] Это явление было зарегистрировано у более чем шестидесяти видов растений, охватывающих самые разные типы растений (от трав и трав до кустарников и деревьев) [8] [9] [10] и в целом ряде экологических условия (от пустыни Калахари до тропических лесов Амазонки). [8] [9] [11] [12]

Причины [ править ]

Основная статья: Напряжение сплоченности

Движение этой воды можно объяснить теорией переноса воды по растению. Эта хорошо обоснованная теория водного транспорта называется теорией сцепления-натяжения . Короче говоря, это объясняет, что движение воды по растению зависит от наличия непрерывного водяного столба от листьев до корней. Затем вода подъехала от корней до листьев , движущихся по всему растению в сосудистой системе , все облегчается различиями в воде потенциала в пограничных слоях в почве и атмосфере. Следовательно, движущей силой перемещения воды через растение является сила сцепления молекул воды и градиент давления от корней к листьям. Эта теория до сих пор применяется , когда пограничный слой в атмосфере закрыт, например , когда завод устьица закрыты или senesced растений. [13] Градиент давления возникает между слоями почвы с различными потенциалами воды, заставляя воду перемещаться корнями из более влажных слоев почвы в более сухие, подобно тому, как это происходит при прорастании растений.

Грибковые ассоциации [ править ]

Основная статья: Микоризная сеть

Было понятно, что гидравлический подъемник помогает растению- хозяину и соседним с ним растениям транспортировать воду и другие жизненно важные питательные вещества. [2] В то время гидравлический подъемник описывался как перемещение воды и питательных веществ почвы от васкуляризированного хозяина в почву в основном в ночное время. [2] Затем, после исследований, проведенных в 2000-х годах, было принято во внимание более исчерпывающее слово, описывающее двунаправленное и пассивное движение, проявляемое корнями растений и которому дополнительно помогают микоризные сети . [2] [3] [14] Затем в исследовании 2015 года описан «прямой перенос гидравлически перераспределенной воды» между хозяином и грибами.в окружающую корневую систему. [3] Как уже упоминалось, гидравлическое перераспределение транспортирует не только воду, но и питательные вещества. [14] Грибы, которые, скорее всего, образуют сети водоснабжения и питательных веществ, - это эктомикориза и арбускулярная микориза . [3]

Значение [ править ]

Экологическое значение гидравлический перераспределяются вода становится более понятным , как это явление более тщательно изучено. Было обнаружено, что перераспределение воды корнями растений влияет на орошение сельскохозяйственных культур, когда схемы полива оставляют резкую неоднородность влажности почвы. Этот процесс влияния также способствует успеху рассады. [3] [4] Было показано, что корни растений сглаживают или гомогенизируют влажность почвы. Такое выравнивание влажности почвы важно для поддержания здоровья корней растений. Перераспределение воды из глубоких влажных слоев в более мелкие более сухие слои большими деревьями показало увеличение количества влаги, доступной в дневное время для удовлетворения потребности в транспирации.

Последствия гидравлического перераспределения, по-видимому, имеют важное влияние на экосистемы растений . Независимо от того, перераспределяют ли растения воду через слои почвы, это может повлиять на динамику популяции растений , например, на поддержку соседних видов. [15] Увеличение доступной влажности почвы в дневное время может также компенсировать низкий уровень транспирации из-за засухи ( см. Также ризогенез засухи ) или уменьшить конкуренцию за воду между конкурирующими видами растений. Вода, перераспределенная в приповерхностные слои, также может влиять на доступность питательных веществ для растений. [16]

Наблюдения и моделирование [ править ]

В связи с экологической значимостью гидравлически перераспределенной воды, предпринимаются постоянные усилия по продолжению категоризации растений, демонстрирующих такое поведение, и адаптации этого физиологического процесса к моделям поверхности суши для улучшения предсказаний моделей.

Традиционные методы наблюдения за гидравлическим перераспределением включают следы изотопа дейтерия, [7] [9] [12] [17] сокодвижение, [8] [11] [18] [19] и влажность почвы. [6] [9] В попытках охарактеризовать величину перераспределения воды были разработаны многочисленные модели (как эмпирически, так и теоретически). [20]

См. Также [ править ]

  • Теория напряжения когезии
  • Эвапотранспирация
  • Микоризная сеть
  • Континуум атмосферы почвенного растения
  • Водный потенциал

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Аллен, Майкл Ф .; Варгас, Родриго; Прието, Иван; Egerton-Warburton, Louise M .; Керехета, Хосе Игнасио (01.06.2012). «Изменения численности и жизнеспособности почвенных гифов могут изменить характер гидравлического перераспределения в корнях растений». Растение и почва . 355 (1–2): 63–73. DOI : 10.1007 / s11104-011-1080-8 . ISSN  1573-5036 . S2CID  15742304 .
  2. ^ a b c d Meinzer, Frederick C .; Клируотер, Майкл Дж .; Гольдштейн, Гильермо (2001-06-01). «Водный транспорт в деревьях: современные перспективы, новые идеи и некоторые противоречия». Экологическая и экспериментальная ботаника . 45 (3): 239–262. DOI : 10.1016 / S0098-8472 (01) 00074-0 . ISSN 0098-8472 . PMID 11323032 .  
  3. ^ a b c d e Querejeta, José I .; Наварро-Кано, Хосе А .; Альгуасиль, Мария дель Мар; Гюйгенс, Дрис; Рольдан, Антонио; Прието, Иван (01.09.2016). «Видоспецифическая роль эктомикоризных грибов в облегчении межпосевного переноса гидравлически перераспределенной воды между саженцами и саженцами Pinus halepensis». Растение и почва . 406 (1–2): 15–27. DOI : 10.1007 / s11104-016-2860-у . ISSN 1573-5036 . S2CID 18442276 .  
  4. ^ a b Симард, Сюзанна; Бингхэм, Маркус А. (2012-03-01). «Эктомикоризные сети деревьев Pseudotsuga menziesii var. Glauca способствуют созданию саженцев одного вида в условиях засухи». Экосистемы . 15 (2): 188–199. DOI : 10.1007 / s10021-011-9502-2 . ISSN 1435-0629 . S2CID 17432918 .  
  5. ^ Берджесс, SSO; Адамс, Массачусетс; Тернер, Северная Каролина; Беверли, CR; Онг, СК; Хан, AAH; Блеби, TM (2001). «Улучшенный метод теплового импульса для измерения низких и обратных скоростей сокодвижения древесных растений» . Физиология деревьев . 21 (9): 589–598. DOI : 10.1093 / treephys / 21.9.589 . PMID 11390303 . 
  6. ^ a b Ричардс, JH; Колдуэлл, М.М. (1987). «Гидравлический подъемник: значительный ночной перенос воды между слоями почвы корнями Artemisia tridentata». Oecologia . 73 (4): 486–489. Bibcode : 1987Oecol..73..486R . DOI : 10.1007 / BF00379405 . PMID 28311963 . S2CID 40289775 .  
  7. ^ a b Смарт, DR; Carlisle, E .; Goebel, M .; Нуньес, Б.А. (2005). «Поперечное гидрораспределение по виноградной лозе». Растение, клетка и окружающая среда . 28 (2): 157–166. DOI : 10.1111 / j.1365-3040.2004.01254.x .
  8. ^ a b c Oliveira, Rafael S .; Доусон, Тодд Э .; Берджесс, Стивен С.О .; Непстад, Дэниел С. (2005). «Гидравлическое перераспределение на трех амазонских деревьях». Oecologia . 145 (3): 354–363. Bibcode : 2005Oecol.145..354O . DOI : 10.1007 / s00442-005-0108-2 . PMID 16091971 . S2CID 25867083 .  
  9. ^ a b c d Доусон, Тодд Э. (1993). «Гидравлический подъемник и использование воды заводами: последствия для водного баланса, производительности и взаимодействия растений и растений». Oecologia . 95 (4): 565–574. Bibcode : 1993Oecol..95..565D . DOI : 10.1007 / BF00317442 . PMID 28313298 . S2CID 30249552 .  
  10. ^ Schulze, E.-D .; Колдуэлл, ММ; Canadell, J .; Муни, штат Гавайи; Джексон, РБ; Parson, D .; Scholes, R .; Сала, О.Е .; Тримборн, П. (1998). «Нисходящий поток воды через корни (т.е. обратный гидравлический подъемник) в сухих песках Калахари». Oecologia . 115 (4): 460–462. Bibcode : 1998Oecol.115..460S . DOI : 10.1007 / s004420050541 . PMID 28308264 . S2CID 22181427 .  
  11. ^ a b Берджесс, S .; Блеби, TM (2006). «Перераспределение почвенной влаги боковыми корнями через ткани ствола» . Журнал экспериментальной ботаники . 57 (12): 3283–3291. DOI : 10.1093 / JXB / erl085 . PMID 16926237 . 
  12. ^ a b Schulze, E. -D; Колдуэлл, ММ; Canadell, J .; Муни, штат Гавайи; Джексон, РБ; Parson, D .; Scholes, R .; Сала, О.Е .; Тримборн, П. (1998). «Нисходящий поток воды через корни (т.е. обратный гидравлический подъемник) в сухих песках Калахари». Oecologia . 115 (4): 460. Bibcode : 1998Oecol.115..460S . DOI : 10.1007 / s004420050541 . PMID 28308264 . S2CID 22181427 .  
  13. ^ Леффлер, А. Джошуа; Пик, Майкл С .; Ryel, Ron J .; Иванс, Кэролайн Ю.; Колдуэлл, Мартин М. (2005). «Гидравлическое перераспределение через корневые системы стареющих растений». Экология . 86 (3): 633–642. DOI : 10.1890 / 04-0854 .
  14. ^ a b Аллен, Майкл Ф. (2009). «Двунаправленные потоки воды через микоризный континуум почва – грибы – растения» . Новый фитолог . 182 (2): 290–293. DOI : 10.1111 / j.1469-8137.2009.02815.x . ISSN 1469-8137 . PMID 19338631 .  
  15. ^ Колдуэлл, Мартин М .; Доусон, Тодд Э .; Ричардс, Джеймс Х. (1998). «Гидравлический лифт: Последствия истечения воды из корней растений». Oecologia . 113 (2): 151–161. Bibcode : 1998Oecol.113..151C . DOI : 10.1007 / s004420050363 . PMID 28308192 . S2CID 24181646 .  
  16. ^ Ryel, R .; Caldwell, M .; Yoder, C .; Или, D .; Леффлер, А. (2002). «Гидравлическое перераспределение в стендах Artemisia tridentata: оценка преимуществ транспирации с помощью имитационной модели». Oecologia . 130 (2): 173–184. Bibcode : 2002Oecol.130..173R . DOI : 10.1007 / s004420100794 . PMID 28547139 . S2CID 21154225 .  
  17. ^ Брукс, младший; Мейнзер, ФК; Coulombe, R .; Грегг, Дж. (2002). «Гидравлическое перераспределение почвенной воды во время летней засухи в двух контрастирующих хвойных лесах северо-запада Тихого океана» . Физиология деревьев . 22 (15–16): 1107–1117. DOI : 10.1093 / treephys / 22.15-16.1107 . PMID 12414370 . 
  18. ^ Берджесс, Стивен СО; Адамс, Марк А .; Тернер, Нил С .; Онг, Чин К. (1998). «Перераспределение почвенной влаги по корневым системам деревьев». Oecologia . 115 (3): 306–311. Bibcode : 1998Oecol.115..306B . DOI : 10.1007 / s004420050521 . PMID 28308420 . S2CID 19978719 .  
  19. ^ Мейнзер, ФК; Джеймс, SA; Гольдштейн, Г. (2004). «Динамика транспирации, сокодвижения и использования накопленной воды на деревьях полога тропических лесов» . Физиология деревьев . 24 (8): 901–909. DOI : 10.1093 / treephys / 24.8.901 . PMID 15172840 . 
  20. ^ Нойман, Ребекка Б.; Кардон, Зои Г. (2012). «Величина гидравлического перераспределения корнями растений: обзор и синтез эмпирических и модельных исследований» . Новый фитолог . 194 (2): 337–352. DOI : 10.1111 / j.1469-8137.2012.04088.x . PMID 22417121 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Хортон, Джонатан Л .; Харт, Стивен С. (1998). «Гидравлический подъемник: потенциально важный экосистемный процесс». Тенденции в экологии и эволюции . 13 (6): 232–235. DOI : 10.1016 / S0169-5347 (98) 01328-7 . PMID  21238277 .