روابطآبوخاکوگياه

يکگياهعلفىسريع‌الرشدعمدتاًازآبتشکيلشدهاست. محتوىآبگياهبين۷۰تا۹۰% مى‌باشدکهبستهبهسنگياه،گونهگياه،بافتموردنظرومحيط،متفاوتاست. آببراىبسيارىازفعاليت‌هاىگياهىلازماست:

۱. حلالبودهومحيطىمناسببراىواکنش‌هاىشيميائىفراهممى‌نمايد.

۲. محيطىمناسببراىانتقالموادآلىومعدنىمى‌باشد.

۳. موجبتورمسلول‌هاىگياهىمى‌شود. آماسباعثبزرگشدنسلول،ساختارگياهوشکل‌گيرىآنمى‌گردد.

۴. باعثآبگيرى (Hydration)،خنثى‌سازى (Neutralization)،بارالکتريکىروىمولکول‌هاىکلوئيدىمى‌شود. درموردآنزيم‌ها،آبگيرىموجبحفظساختمانآنزيموتسهيلفعاليت‌هاىکاتاليزورىآنمى‌گردد.

۵. مادهخامفتوسنتزىفرآيندهاىهيدرولتيکىوسايرواکنش‌هاىگياهىراتشکيلدهد.

۶. تبخيرآبتعرقموجبخنکشدنگياهمى‌گردد.

درشرايطمزرعه،ريشه‌هادرخاکنسبتاًمرطوبنفوذمى‌کنند،درحالى‌کهساقهوبرگ‌هادرمحيطنسبتاًخشکرشدمى‌نمايند. اينامرموجبجريانمستمرآبازطريقخاکبهداخلگياهوبهاتمسفرمى‌گرددکهدرجهتکاهشانرژىپتانسيلصورتمى‌گيرد. مقدارآبىکهروزانهازاينطريقجريانمى‌يابدحدود۱تا۱۰برابرمقدارىاستکهبافتگياهىدرخودنگهداشتهو۱۰تا۱۰۰برابرمقدارآبىاستکهبراىتوسعهٔسلول‌هاىجديدمصرفمى‌شودو۱۰۰تا۱۰۰۰برابرمقدارآبىاستکهدرفتوسنتزبهمصرفمى‌رسد. بنابرايندراولينمرحله،آبازطريقخاکبهبرگحرکتمى‌کندتامقدارآبىکهازطريقتعرقازدسترفتهراجبراننمايد.

به‌خاطرتقاضاىشديدوهمچنينبه‌علتاهميتآب،گياهبهيکمنبعآبمستمربراىرشدونموخودنيازدارد،هروقتکهآبمحدودمى‌گرددرشدنيزکاهشمى‌يابدومعمولاًعملکردهمکاهشمى‌يابد. مقدارکاهشعملکردمتأثرازژنوتيپ،شدتکمبودآبومرحلهٔنموگياهمى‌باشد.

پتانسيلآب

سیستمیکهماهیتآبوحرکتآنرادرخاکوگیاهبیانمی‌کندبرمبناءروابطانرژیپتانسیلاستواراست. وقتیکهآبازیکمنطقهدارایانرژیپتانسیلزیادبهیکمنطقهدارایانرژیپتانسیلکمحرکتمی‌کند،اینآبدارایتوانانجامکاراست. انرژیپتانسیلیکسیستمآبکی (Aqueos) ،درمقایسهباانرژیپتانسیلآبخالصقیاسمی‌شود. چونآبدرگیاهودرخاکمعمولاًبه‌علتدارابودنموادمحلول (Solutes) ،ازنظرشیمیائیخالصنیستوازنظرفیزیکیبه‌علتکشش‌هایقطبی،نیرویثقل،وفشار،انرژیپتانسیلآنکمترازآبخالصمی‌باشدانرژیپتانسیلآبدرگیاهوخاکراپتانسیلآبمی‌نامندکهباحروفیونانیسای (ψw) نشاندادهمی‌شودوبه‌صورتنیروبرواحدسطحبیانمی‌شود. واحداندازه‌گیریآنمعمولاًباریاپاسکال (Pa) ،می‌باشد. یک‌بارمساوی۱۰بهتوان۵پاسکالیا۱۰بهتوان۶دینبرسانتی‌مترمربعیا۹۹/۰اتمسفرویا۱۰بهتوان۲ژولبرکیلوگرممی‌باشد. آبخالصدارایپتانسیلآبصفربارمی‌باشد. پتانسیلآبدرخاکوگیاهمعمولاًکمترازصفربارمی‌باشد. یعنیمقدارآنمنفیاست. هرچقدراینمقداربیشترمنفیباشدپتانسیلآنکمتراست:

پتانسيلآبگياهوخاکحاصلجمعچندپتانسيلبهشرحزيرمى‌باشد:

ψw = ψm + ψs + ψp + ψz

=ψm  پتانسيلماتريک (Matrix potential)،نيروئىکهتوسطآن،آببهگياهياسطحذراتخاکچسبيدهاستبه‌وسيلهنيروىجذبسطحى Adsorption،ياشعريه‌اى Capillarity)،اينجاذبه‌هافقطازطريقاعمالنيروىديگرىمى‌توانخنثىکرد. بنابراينمقدارآنهموارهمنفىاست.

=ψs  پتانسيلموادمحلولپتانسيلاسمزي. انرژىپتانسيلآباستکهتحتتأثيرغلظتموادحلشدهقرارمى‌گيرد. موادحلشدهانرژىپتانسيلآبراکاهشمى‌دهندودرنتيجهمحلولداراىپتانسيلمنفىمى‌گردد.

=ψp  پتانسيلفشارىفشارآماس Turgor pressurer نيروئىکهتوسطفشارهيدرواستاتيکىحاصلمى‌شود. ازآنجائىکهايننيروتوسطآببهگياهواردمى‌شودبنابراينداراىمقدارمثبتمى‌‌باشد. معمولاًاينپتانسيلدرخاکاهميتکمىداردولىدرسلول‌هاىگياهىداراىاهميتزيادىاست.

=ψz  پتانسيلثقلىکههميشهدرگياهانوجودداشتهليکندرمقايسهبا۳پتانسيلديگردرگياهانکوتاه‌ قامت،داراىاهميتناچيزىاست. دردرختانبلندپتانسيلثقلىداراىاهميتاست.

آبقابلاستفادهٔخاک

ريشهگياهاندرخاکمرطوبرشدمى‌نمايندوآبراتازمانى‌کهپتانسيلآبخاکبهيکحدبحرانىبرسدازخاکمى‌گيرند. آبىکهازخاکمى‌تواندازطريقريشهگياهانخارجگرددبه‌نامآبقابلاستفادهياآبدردسترسناميدهشدهاستکهعبارتاستازتفاوتمحتوىآبظرفيتمزرعهآبىکهعلى‌رغمنيروىثقلدرخاکنگهدارىمى‌شودودرصدپژمردگىدائمىدرصدرطوبتخاککهدرآنگياهپژمردهمى‌شودودراتمسفرداراى۱۰۰% رطوبتنسبىهمشادابنمى‌گردد.

رطوبتقابلاستفادهخاکمتأثرازخواصکلوئيدىخاکمثلسطحويژهذارتخاکمى‌باشد. يکخاکرسىلومىحدود %۲۰وزنخودآبقابلاستفادهدارد. درحالى‌کهيکخاکداراىبافتسبک‌ترماننديکخاکشنىريزحدود۷% وزنخودآبقابلاستفادهدارد. براساسواحدحجمي،درظرفيتمزرعهخاکداراىبافترسىلومىحدود۱۷سانتى‌مترآبقابلاستفادهدرهرمترعمقخاکداشتهدرحالى‌کهيکخاکداراىبافتشنىريزکمتراز۸سانتى‌مترآبدرهرمترعمقخاکنگهدارىمى‌نمايد. درظرفيتمزرعهخاکداراىبافتريزحدود۲۵سانتى‌مترآبرابراىگياهىکهريشهآندرعمق۱/۵مترىنفوذنمودهاستتأمينمى‌نمايد.

پتانسيلآبخاک (ψsiol) درخاک‌هاىزراعي،دردرجهاولتحتتأثيرپتانسيلماتريکودردرجهٔدوم،تحتتأثيرپتانسيلاسمزىقرارمى‌گيرد. پتانسيلآبخاکرامى‌توانباظرفيتمزرعهودرصدپژمردگىدائمىمرتبطدانست. درظرفيتمزرعهپتانسيلآبخاکحدود۱/۰-تا۳/۰- بارمى‌باشد. درصدپژمردگىدائمىدرگونه‌هاىگياهانزراعىمتفاوتاست۱۵- تا۵۰- بارولىغالباًبه‌طورانتخابىآنراحدود۱۵بارفرضمى‌کنند. پتانسيلآبدرنقطهپژمردگىدائمىداراىاهميتناچيزىاستچونبيشاز۷۰% آبقابلاستفادهدرپتانسيل۵- بارازخاکخارجشدهاست. همچنينمقدارآبقابلاستفادهدربين۱۵- تا۳۰- باربسيارناچيزاست.

درصد رطوبت قابل استفاده برای گیاه در خاک لومی در پتانسیل‌های متفاوت آب خاک. در این خاک ۵۰ ، ۷۵ و ۹۰ درصد آب قابل استفاده به‌ترتیب در پتانسیل‌های ۳- ، ۵- و ۱۰- بار در خاک نگهداری می‌شود.

جذبوحرکتآب

درمقايسهباگياهانياخاک،هوامعمولاًًداراىپتانسيلآببسيارکمىمى‌باشد. چونيکبرگزندهمعمولاًداراىپتانسيلآببيشاز۱۵- بارمى‌باشد،بنابراينيکاختلافانرژىزيادىبينهواوبرگوجودداردکهموجباستمرارحرکتآببه‌صورتبخارازبرگبههوامى‌گردد. وقتىاتلافآبازگياهصورتنمى‌گيردمثلاًدرشب پتانسيلآبگياهياپتانسيلآبخاکبه‌حالتتعادلنزديکمى‌شوند. اگرروزنه‌هابازباشند،اتلافآبازبرگ‌هابه‌طورمستمرادامهداردوموجبمى‌شودکهپتانسيلآببرگنسبتبهپتانسيلآبدمبرگکاهشمى‌يابد. چونآبازمحلپتانسيلزيادبهکمحرکتمى‌کندلذاازدمبرگبهبرگجريانمى‌يابد. اينجريانآبپتانسيلآب،دمبرگراکهدرحالتتعادلباپتانسيلآبساقهمى‌باشد،کاهشمى‌دهدولذاآبازساقهبهطرفدمبرگجريانمى‌يابد. ايناختلافانرژىتاريشهوخاکنيزادامهدارد. به‌عباتديگردرسيستمانتقالآبازخاکبهريشهيکاختلافپتانسيلبه‌وجودمى‌آيد. سرعتجذبآبوحرکتآندرداخلگياهبستگىبهمحتوىرطوبتخاک،تماسريشهوخاک،مقاومت‌هاىگياهوخاکدربرابرجريانآبواختلافپتانسيلآبموجوددارد.

درشکل A تغييراتپتانسيلآبدرسيستمخاکوگياهدريکدورهپنجروزهبدونآبيارىبه‌صورتيکنمودارنشاندادهشدهاست. پسازآنکهآببهخاکاضافهمى‌شودوآبثقلىازخاکخارجمى‌گرددپتانسيلآبخاکتقريباً۳/۰- بارمى‌باشد. درشبروزنه‌هابستههستندولذاآبازخاکبهداخلگياهحرکتمى‌کندوتعادلىبينپتانسيلآبخاکوگياهبه‌وجودمى‌آيد. درطولروز،روزنه‌هابازهستندوعملتعرقصورتمى‌گيرد. بااتلافآبازبرگپتانسيلآببرگکاهشمى‌يابدويکاختلافپتانسيلآغازمى‌گردد. اينامراختلافانرژىلازمبراىحرکتآبازخاککهبه‌منظورجايگزينىآبتلفشدهازبرگانجاممى‌شودراتأمينمى‌نمايد. درشبروزنه‌هابستهمى‌شوندوتعرقتاحدنزديکبهصفرکاهشمى‌يابد. بااينوجودآببه‌طورمستمردرسيستمجريانخواهديافتتااينکهپتانسيلآبخاککمترمى‌شودوپتانسيلبرگهمنسبتاًکاهشمى‌يابدويکاختلافپتانسيلبراىدامنهٔجذبآببه‌وجودمى‌آيد،پتانسيلآببرگدرروزچهارمشکلتغييراتپتانسيلآباتمسفرىنسبتبهتغييررطوبتنسبىدر۲۵درجهسانتى‌گراد) تا۱۵بارکاهشيافتهوتقريباًدرهميننقطهباقىمى‌ماند. اينامرنشان‌دهندهآناستکهدراثربستهشدنروزنه‌هاتعرقکاهشيافتهاست.

اينوضعيتمعمولاًباپژمردگىموقتبرگتوأماست. درروزپنجمپتانسيلآببرگ،ريشهوخاکبهزير۱۵بارکاهشمى‌يابد. اينکاهشنشانمى‌هدکهآبقابلاستفادهبراىگياهبهاندازه‌اىنيستکهمانعپژمردگىگياهشودوبهبودمجددگياهبدونافزودنآببهخاکممکننيست. سقوطرطوبتخاکبهدرصدپژمردگىدائمىدرطى۵روزنشان‌دهندهآناستکهحجممحدودىازکلخاکدرتماسنزديکباسيستمريشهاست. درشرايطمزرعهحجمخاکدرتماسباريشههرگياهغالباًبيشترازاينمى‌باشدولذامحتوىآببسيارکندترکاهشمى‌يابد. دراينشرايطدرحالى‌کهريشه‌هارطوبتيکناحيهازخاکراتخليهمى‌‌نمايند،درعينحالدرنقاطجديدىازخاکگسترشمى‌يابندکهداراىپتانسيلآببيشترىهستند. بدينترتيب،گياهداراىپتانسيلآببيشترىدرمقايسهباپتانسيلمتوسطخاکمى‌باشد. البتهوقتىحجمخاکمرطوبکاهشمى‌يابد،گياهنيازبهاختلافپتانسيلآببيشترىدارد،تاريشهٔآنبتواندآبموردنيازتعرقراتأميننمايد. اينفرآينددرشرايطمزرعهبه‌طورتدريجىصورتمى‌گيردوممکناستتاچندهفتهبستهبهبافت‌هاىمتوسطتاسبکطولبکشد. اينشرايطموجبمى‌شودکهگياهنسبتبهپتانسيل‌هاىپائين‌ترآبسازگارشود. درشرايطىکهحجمخاکدرتماسباريشهمحدوداستتغييراتپتانسيلآبسريعبودهوگياهشانسکمترىبراىسازگارىباپتانسيل‌هاىپائين‌ترخواهدداشت.

ل A- تغيرات پتانسيل آب اتمسفرى نسبت به تغيير رطوبت نسبى در ۲۵ ° c

تبخيروتعرق (Evapotransopiration)

مجموعآبىراکهدرمزرعهازطريقتبخيرازسطحخاکوتعرقازگياه،ازدستمى‌رودتبخيروتعرق (ET)،مى‌نامند. تبخيريکفرآيندوابستهبهانرژىاستکهمتضمنتغييرازحالتمايعبهبخارمى‌باشد. شدتتعريقتابعاختلاففشاربخار،مقاومتدربرابرجريانآب،وتوانائىگياهوخاکازنظرانتقالآببهجايگاهتعرقمى‌باشد. تعرقعمدتاًنيروىمحرکهجهتبهجريانانداختنآبجذبشدهدرگياهرا،على‌رغموجودنيروىثقلومقاومت‌هاىاصطکاکىموجوددرمسيرآب،تأمينمى‌کند. سرعتجذبآبعمدتاًتوسطشدتتعرقتعيينمى‌شود. فشارريشهوجذبفعالآبنقشناچيزىدرجذبآبايفاءمى‌نمايندووقتىاينمکانيزم‌هامشخصمى‌شوندکهتعرقکمباشدويامتوقفشدهاست.

عواملمحيطىمؤثربرتبخيروتعرق

اتلافآبازگياهتوسطعواملگياهىومحيطىتعيينمى‌شود. اثرعواملمحيطىروىتبخيروتعرقبه‌نامنيازاتمسفرى (Atmospheric demand)،يانيازتبخيرى (Evaporatory demand)،ناميدهمى‌شود. هرقدرنيازاتمسفرىبيشترباشد،آبباسرعتبيشترىازيکسطحآزادمى‌تواندتبخيرشود. عواملزيرروىنيازاتمسفرىتأثيرمى‌گذارند:

۱. تشعشعخورشيد. ازميزانتشعشعىکهتوسطبرگجذبمى‌شودحدود۱تا۵% آنصرففتوسنتزمى‌شودوحدود۷۵تا۸۵% آنبهمصرفگرمکردنبرگوتعرقمى‌رسد. افزايشتشعشعخورشيدموجبافزايشنيازاتمسفرىمى‌گردد.

۲. درجهحرارت. افزايشدرجهحرارتظرفيتپذيرشآبتوسطهواراافزايشمى‌دهدشکلاثراتبادبرتعرقوساختمانروزنه‌ها.

۳. رطوبتنسبي. هرچهمحتوىآبهوابيشترباشدپتانسيلآبهوابيشتراست. اينبدينمعنىاستکهنيازاتمسفرىباافزايشرطوبتنسبىکاهشمى‌يابد. شکل‌هاىتغييراتپتانسيلآباتمسفرىنسبتبهتغييررطوبتنسبىدر۲۵درجهسانتى‌گرادوتأثيراتدرجهحرارتبرروىظرفيتنگهدارىآبدرهوا.

تأثيرات درجه حرارت بر روى ظرفيت نگهدارى آب در هوا. اگر هوا داراى ظرفيت نسبى ۵۰% و درجه حرارت ۴۳ سانتى‌گراد باشد و سپس تا حد نقطه شبنم يا زير ۳۰ درجه سانتى‌گراد سرد شود در اين حالت نمى‌تواند به اندازه ۴۳ درجه سانتى‌گراد رطوبت در خود نگه دارد چون آب زيادى متراکم مى‌شود.

انتشار آب از شکاف روزنه. وقتی جریان متلاطمی در سطح خارجی برگ وجود ندارد یک شیب انتشار به‌وجود می‌آید که تعرق را کاهش می‌دهد.

اثرات باد بر تعرق و ساختمان روزنه‌ها. وقتى شکاف روزنه تنگ است اختلاف بين هواى آرام و متلاطم کمتر از زمانى است که شکاف روزنه‌ها زياد است (اقتباس از بانجي، ۱۹۶۳).

اقليم‌شناساننيازاتمسفرىراباتعيينمقدارتبخيرازتشتکتبخيراندازه‌گيرىمى‌کنند. حداکثرنيازاتمسفرىدرزمانىازسالاتفاقمى‌افتدکهتشعشعخورشيددرجهحرارتدرحداکثرمقدارخودقراردارند.