Транспирация: дефиниция, процес и значение в кръговрата на водата

Транспирация: как растенията изпаряват вода, как работи процесът и защо е ключова за кръговрата на водата, климата и здравословния растеж на растенията.

Транспирацията е изпаряването на вода от растенията, особено от листата. То е вид преместване и е част от кръговрата на водата. Количеството вода, загубено от растението, зависи от неговия размер, интензивността на светлината, температурата, влажността, скоростта на вятъра и снабдяването на почвата с вода.

Транспирацията е изследвана за първи път от Стивън Хейлс (17 септември 1677 г. - 4 януари 1761 г.), английски духовник. Той доказва това, което и до днес се смята, че изпарението на водните молекули от листата е основната сила, която изтегля водния стълб нагоре от мястото, където той се заражда в корените. Хейлс прави експерименти с клонки и уреди за измерване на загуба на вода, наблюдава поглъщането на вода от корените и прави първите заключения за връзката между изпарението и движението на водата нагоре през растението.

Как става транспирацията

Водата се движи от почвата към корените, по ксилема към стъблото и листата и накрая се изпарява в атмосферата. Изпарението започва от тънкия слой вода, покриващ клетъчните стени в месофила на листа; водните молекули преминават в междуклетъчните пространства и оттам — през устицата (стомати) или през кутикулата — в атмосферата. Движението нагоре се обяснява с принципите на капилярност, сцепление и напрежение в ксилемните съдове — известни като теорията за сцеплението‑напрежението (cohesion‑tension).

Видове транспирация

• Стоматална транспирация — основният тип; вода излиза през устицата (стомати) на листата. Устицата се отварят и затварят чрез клетки-охранители, което позволява контрол на газообмена.
• Кутикулярна транспирация — преминаване на вода през восъчния слой (кутикула) на листата; обикновено е по-малко значима, но при тънка кутикула може да има по-голямо участие.
• Лентикулярна транспирация — изпарение през лентиците по кората на стъблата; по-малко разпространена при листнодръбни тъкани.

Фактори, които влияят на скоростта

• Светлина — увеличава отварянето на стомати и стимулира транспирацията.
• Температура — по-висока температура увеличава скоростта на изпарение.
• Влажност на въздуха — по‑ниска относителна влажност увеличава градиента на водна пара и ускорява транспирацията.
• Вятър — отвежда изпарената влага и намалява влажността около листа, което увеличава транспирацията.
• Снабдяване на корените с вода — при недостиг растенията затварят стомати, за да намалят загубите.
• Структура и площ на листата — по-голяма листна повърхност и по-тънки листа обикновено водят до по-големи загуби на вода.
• Физиологични механизми — хормонът абсцизова киселина (ABA) предизвиква затваряне на стомати при суша.

Значение за растенията и екосистемите

Транспирацията има множество важни роли:

• Поддържа потока на вода и разтворени минерали от почвата към върховете на растението, което е важно за храненето и растежа.
• Охлажда растението чрез изпарение, особено при високи температури.
• Участва значително в локалния и глобалния кръговрат на водата, тъй като растителната транспирация е част от общото изпарение и влияе върху влажността, облачността и валежите в даден регион.
• Играе роля в газообмена: когато стомите са отворени за транспирация, те позволяват и навлизане на CO2 за фотосинтеза; затварянето им за пестене на вода намалява фотосинтезата и може да повлияе на добива при култури.

Адаптации към ограничена вода

Различни растения имат адаптации за намаляване на транспирацията при сухи условия:

• Ксерофити: дебела кутикула, намалена листна площ (шипове при кактуси), синя или восъчна повърхност, слънчеви стомати (sunken stomata).
• Физиологични стратегии: CAM и C4 фотосинтеза, които подобряват водната ефективност чрез намаляване на загубите при същото уловено количество CO2.
• Затваряне на стомати през горещите части на деня или при воден стрес, производство на ABA.

Измерване и практическо значение

Транспирацията се измерва с различни методи: порометри и скоби за стомати, потометри за наблюдение на изпарение от клонки, лисиметри и сензори за поток на сока в ксилема. В селското стопанство и лесовъдството знанието за транспирацията помага за планиране на напояването, избор на видове с оптимална водна ефективност и управление при климатични промени.

Като цяло транспирацията е ключов процес, който свързва физиологията на отделното растение с глобалните системи на вода и климат. Разбирането ѝ е важно за опазване на природните екосистеми и за устойчиво земеделие и управление на водните ресурси.

Търсене по буква