Transcript خاک
Soil-Plant-Atmosphere Continuum Concept & Models
رفسمت آ هایگ کاخ
رفسمت آ هایگ کاخ
.
دهد یم رآرق هایگ رایتخآ رد جیردت هب سپس و دنک یم هریخذ دوخ رد ً اتقوم آر ب آ هک ینزخم * .
دننک یم ًیرآدهگن کاخ ذفانم رد آر ب آ یهجوت لباق رآدقم دنفورعم کیرتام یاهورین مان هب هک کاخ هبذاج و یآ هنیئوم یاهورین * هب یگتسب ب آ جآرختسآ یآرب مزلا یورین لقآدح .
دنک هبلغ اهورین نیآ رب دناشک یم دوخ فرط هب آر ب آ هک هک ی یورین دیاب دنک آدیپ نایرج کاخ رد دنآوتب ب آ هکنیآ یآرب * .
درآد کاخ عون و کاخ تبوطر
رفسمت آ هایگ کاخ
.
دوش یم نیم ات رفسمت آ طسوت زاین دروم ب آ نیمات ًروظنم هب هایگ یآرب مزلا ًیژرنآ * .
دشاب یم ًقرعت تعرس هدننک لرتنک لماع رفسمت آ تیعضو دشابن هدننک دودحم لماع زین ب آ و دشاب زاب اه هنزور هچنانچ * .
تسآ داب تعرس رگید مهم لماع .
دنشاب یم آوه تبوطر و امد اهرتمآراپ نیرتمهم * فلاتخآ دیدشت ث عاب اهگرب حطس رد هتفای عمجت ب آ راخب ندرک جراخ اب داب نینچمه دوش یم ن آ شهاک بجوم آوه ندوب بوطرم و ًقرعت شیآزفآ ثعاب امد ندوب لااب * .
دهد یم شیآزفآ آر ًقرعت تدش و هدش آوه و هایگ نیب راخب
رفسمت آ هایگ کاخ
ب آ نیم ات یآرب ه شیر زآ ب آ یدایز رآدقم ندرو آرد تکرح هب ی یانآوت هک هتشآد یگتسب متسیس کی دوجو هب ناهایگ تیقفوم .
د نک داجیآ ب آ بذج و ًقرعت نیب یلداعت دنآوتب هک لرتنک مسیناکم کی هئآرآ و ًقرعت طسوت هتفر تسد زآ هشیر زآ ب آ یدایز رآدقم ندرو آرد تکرح هب ی یانآوت هک یمتسیس ب آ بذج و ًقرعت نیب یلداعت دنآوتب هک لرتنک مسیناکم
: ب آ تکرح
تلاایس و هتیسیرت کلآ ،ترآرح تکرح دننام تکرح لومعم نینآوق هب تهابش نایرج = -K X ) هکرحمًیورین ( ب آ تکرح ·IÄo] ¥od¶ Á»oú S¶ »I£¶ ·IÄo] Ãvº ITQ ›°TiH( ) S¶ »I£¶ مهآ نوناق ·IÄo] Rk{ ® Ãvº ITQ S¶ »I£¶
) 1948 ( : ترناهًندًنو
Flow
Soil
xylem r xylem
root surface
r soil
leaf
r leaf
root surface r root
leaf r leaf
r air air
راگدنامًنایرج
xylem
Air Stomatal pores Leaf interior Cuticle Leaf mesophyll Xylem Soil Storage Soil Root Tissue storage
ًردًب آًهریخذ یهایگًیاهلولس
نایرجًندوبًراگدنام اهریسمًزآًیتمسقًردًتمواقمًندوبًتباث عیامًتروصبًهایگًوًکاخًردًب آًندومنًتکرح ًلیدبتًو گربًردًقیرعتًدنیآرفًردًراخبًهبًًن آ : هدشًماجنآًیاهًیزاسًهداس
w
s
p
g
m
ًردًدوجومًیاهًلیسناتپ رفسمت آ هایگ کاخًهریجنز : هکرحمًیورین
: کاخ
.
دوش تکرح ثعاب دنآوت یم دوجوم یاه لیسناتپ عآونآ همه کاخ رد * .
دو ش یم اجباج لقث یورین تهج رد و عابشآ تروصب ب آ تسآ یعآرز تیفرظ زآ شیب کاخ تبوطر هک یتلاح رد * ریخبت طسوت هد ش داجیآ کیرتام لیسناتپ بیش تهج رد تکرح یمئآد یگدرمژپ هطقن و یعآرز تیفرظ نیب تلاح رد یلو .
دشاب یم هشیر طسوت ب آ بذج و کاخ حطس زآ * .
تسآ یکیلوردیه تیآده سکع ربآرب متسیس نیآ رد : تماقم تمواقم * ب آ نآزیم شها ک ن آ لیلد .
دبای یم شهاک تعرس هب زین ب آ تکرح دنک یم تکرح یگدرمژپ هطقن تمس هب تبوطر هچ ره .
تسآ ،دنک تکرح اهن آ رد دنآوت یم یتحآر هب ب آ هک تشرد ًجرف و للخ رد * دهآوخ هکرحم یور ین شهاک ثعاب زین نیآ هک دوش یم کیدزن اه هشیر لیسناتپ هب زین کاخ یب آ لیسناتپ تلاح نیآ رد .
دش * تمواقم شیآزف آ ببس هل اسم نیآ هکدوشیم اهن آ نیب هلصاف داجیآ ثعاب و هدش ضبقنم ود ره هشیر و کاخ تلاح نیآ رد .
ددرگ یم *-
:) بذج ( هشیر هب کاخ زآ ب آ تکرح
ًیزمسآًتکرحًقرعتًدنکًناهایگًرد ببس یم هکرحم هشیر هب یورین کاخ زآ عون ب آ ود تکرح * : دنوش ًیفنمًش نتًرطاخبوًیآًهدوتًتروصبًتکرحًقرعتلآًعیرسًناهایگًرد .
دایزًقرعتًهطسآوبًاهًدنو آًردًهدشًداجیآ Jm] (
m
s
)
Soil r soil
(
p
r root
s
)
root
: هشیر تمواقم
.
تسآ زور طسآوآ رد ناهایگ ب آ دوبمک لماع دوخ هبون هب هک تسآ هایگ ًقرعت و بذج نامز نیب ریخات مهم لیلاد زآ یکی * .
ددرگ یم ب آ رآدقم شهاک بجوم هشیر تمواقم شیآزفآ اب هیوهت دوبمک و ترآرح هجرد شهاک * هایگ ( .
اه هشیر رد هن تسآ کاخ رد یلصآ تمواقم هک دنآ هدرک نایب و هدرب لآوس ریز آر اه هشیر تمواقم ریث ات نآدنمشنآد زآ یضعب * ) سینوماک سونیسر .
تسآ کاخ تمواقم زآ رتمک اه هشیر تمواقم یعآرز تبوطر زآ رتمک یاه تبوطر رد * .
تسآ کاخ تمواقم زآ رتشیب اه هشیر تمواقم ً لاامتحآ تسآ راب 1 زآ شیب اهن آ یب آ لیسناتپ هک ی یاهکاخ رد * .
درآد یگتسب کاخ رد دوجوم یآ هشیر حوطس رآدقم هب کاخ تمواقم هب تبسن اه هشیر تمواقم تیمهآ * .
دیامن یم ًروبع هدنز یاهلولس زآ یآ هدوت زآ ب آ ریزگان هک تسآ اه هشیر هب ب آ دورو ماگنه رد تمواقم رث کآدح *-
: هقاس تمواقم
.
تسآ مک ً ا تبسن بآ نایرج لباقم رد گرزب تاجتسد تمواقم هک تسآ هدآد ناشن یدنو آ تاجتسد رد نایرج رآدقم و راشف نیب هعلاطم *-
: گرب تمواقم
.
تسآ مک رایسب نایرج ربآرب رد اهگرب تمواقم هک تسآ نیآ رب ضرف ً لاومعم * .
دنرآد یدایز تمواقم نوتوت دننام ناهایگ زآ یخرب تسآ هدش هدهاشم لاح نیع رد *-
: هایگ زآ جراخ هب ب آ تکرح
هکرحم یورین با تسآ بسانتم نایرج تعرس .
دریگ یم تروص یگدیشخپ هقیرط هب و راخب تروص هب آوه هب ریخبت حوطس زآ ب آ تکرح ).
آوه و هنزور ،لوکیتوک ( فلتخم یاه تمواقم اب تسآ بسانتم سوکعم ًروط هب و ) راخب راشف تظلغ فلاتخآ ( *-
کشخًکاخ درسًکاخ ًیفاکانًسفنت هشیرًتفاب
: ب آ تکرح لرتنک
ب آًبذجًشهاک .
دریگ یم تروص یآ هنزور و یلوکیتوک یاه تمواقم طسوت ب آ تکرح لرتنک شهاک گربًلیسناتپ ندشًهتسب اهًهنزور شهاک ًقرعت
0 آًل 1 2 0 1 بذج
leaf
ًقرعت 2 3 ) تعاس ( ًنامز 4 5 6
يزکرم شخب
دنکًیمًلمع ًعابشآًريغًوًعابشآًياه طيحمًردًب آًيمومعًنايرجًساسآًربًهمانربًيزكرمًشخب .
t
q
z
S
(
h
) : تسآًريزًلکشًهبًمئاقًتهجًردًيدعبًکيًنايرجًهلد ا عم
q
K
(
h
) (
h
z z
)
t
z
[
K
(
h
)(
h
z
1 )
S
(
h
)] : تشونًنآوت يمًيگتسويپًةلداعمًنتفرگًرظنًردًاب تشونًنآوت يمًيگتسويپًةلداعمًردًيسرآدًةلداعمًينيزگياجًاب
هشير طسوت ب آ بذج نآزيم
درآدًيگتسبًيميلقآًطيآرشًهبًهکًتسآًقرعتًتدشًربآربًهشيرًطسوتًب آًبذجًنآزيمًرث کآدح
S p
(
z
)
l root
(
z
) 0
D ro o t l root
(
z
)
dz T p
) رتميتناس ( ًهايگًةشيرًطسوتًب آًبذجًليسناتپ ) بعکمًرتميتناسًردًرتميتناس ( ًهايگًةشيرًمکآرت ) رتميتناس ( ًهايگًةشيرًقمع
S l D
) زورًردًرتميتناس ( ًهايگًليسناتپًقرعتًتدش
T
هنآزور قرعت ريخبت
دوش يمًهدافتسآًقرعت ريخبتًنييعتًيآرب , تسآًيبيکرتًشورًکيًهکًثيتنام نمنپًةلداعمًزآ
w ET p
10 4
v
(
R n
G
) 8 .
64 10 8
air C air
(
sat
act
) 1
r air
v
air
( 1
r crop
)
r air
لوصحم دشر
ًقمعًوًهايگًعاف ترآ , گربًحطسًصخاشًهلمجًزآًهعرزمًردًهدشًيريگ هزآدنآًيعآرزًياهرتمآراپًکمکًهبًلوصحمًدشرًيزاس هيبش دوش يمًماجنآًهايگًدشرًةلحرمًزآًيعباتًنآونعًهبًن آًعيزوتًوًهشير 1
Y a
,
k Y p
,
k
K y
,
k
1
T a
,
k T p
,
k
دوش يمًهب ساحمًريزًةطبآرًزآ , دشرًزآًهلحرمًرهًردًيبسنًدرکلمعًزآًهدافتسآًابًدشرًلصفًلکًردًيبسنًدرکلمع
Y a Y p
k n
1
Y a
,
k Y p
,
k
k
Water relations
• Water moves from high to low water potential through soil-plant-atmosphere continuum.
• Adaptation to drought (and heat) – Drought tolerance (e.g., osmotic regulation, CAM and C4 metabolism, sunken stomata) – Drought avoidance (e.g., deciduousness, dormancy, deep roots, resurrection) • Radiation budget: sensible and latent heat transfers
Water potential
=
freedom of water molecules, defined to be zero for water in open container at the ground level.
• Solute potential = concentration of water molecules (always negative) • Pressure potential = effects of pressure for water in enclosed space (+ or – in xylem) • Matrix potential = clinginess of water due to hydrogen bond (negative in soil and cell wall) • Gravity potential matters only for tall trees.
Water potential is expressed in the unit of pressure.
• MPa (megapascal) = 10 bar = about x10 atmospheric pressure.
• Water in a closed syringe under compressive force has a positive water potential.
• Salt water in an open container has a negative water potential.
Soil moisture availability
• Volumetric WC water (g) / volume soil (ml) • Gravimetric Water Content – WC = water (g) / dry soil (g) – WC = water (g) / wet soil (g) •
Water potential
total = solute negative gravimetric + matrix negative (MPa) + zero pressure + zero
Factors that affect water availability
• Timing and interval of rain fall • Particle size distribution – Water permeate rapidly than clay soil – Clay soil may retain more water – Clay soil may impede percoration and dry faster than sandy soils
SPAC = soil-plant-atmosphere continuum “A plant is a Living Wick.”
Atmospheric water potential = -5 to –100 MPa
The driving force
Low water potential of the atmosphere = Xylem water potential = 2 to –5 MPa Soil water potential = 0 to –1 MPa
For water to be conducted, water potential has to decline through SPAC.
Example 1: A herb with leaves in atmosphere of 22 ºC and 50% relative humidity and roots in moist soil. Example 2: A tree with leaves in atmosphere of 22 ºC and 90% relative humidity and roots in moist soil. Relative humidity (%) Vapor pressure (kPa) atmos (MPa) 100 99 90 50 0 2.34
2.32
2.11
1.17
0 0 -1.36
-14.2
-93.6
Water conducting xylem cells: A) tracheids B) bordered pits of tracheids C) primitive vessel D, E, F) advanced vessels higher
conductance
) (wider
Conductance = 1/resistance
• Conductance = ease of flow • Resistance = difficulty of flow • Resistance is additive through SPAC – Root resistance anatomy root morphology and – Xylem resistance diameter and number of tracheids and vessels – Stomatal resistance openness of stomata number, size and – Boundary-layer resistance shape wind speed, leaf
Guard cells are very special epidermal cells, 1) containing chloroplasts, 2) without thick cuticles, 3) to enlarge and become turgid to create an opening. Stomata on a potato leaf
• •
Size, distribution and abundance of stomata (Table 3.1)
Mesophyte
: usually at lower side only, intermediate-high density, greater pore area (% leaf area), high maximum conductance.
Xerophyte
: often at both side (because of thick and erect leaves), low-intermediate density, low pore area, low maximum conductance, sunken stomata.
Rain shadow
Major deserts and arid areas of the world
1) 2) 3) 4) Latitude 30 degrees N and S (= zone of dry air sinking) Western side of the continent (with off-shore cold current).
Missed by moist monsoon winds.
Rain shadow and continental inland.
To minimize water loss,
• Stomata are open only during the day when plants do photosynthesis (except in CAM plants).
• Stomata close in response to drought experienced in roots.
Xerophyte Strategy 1 Drought Avoidance (don ’t let leaf water potential go low)
Die – complete avoidance by ephemeral plants Deciduous plants avoid water stress by losing leaves before water potential drop severely Resurrecction plants Deep roots (phreatophyte)
Xerophyte strategy 2: Drought tolerance (keep functioning at low water potential)
CAM and C4 found mostly among non trees Succulent Osmotic adjustment (also found among halophyte) Sunken stomata Thick cuticle, white hairs, leaf curling High water use efficiency (= photosynthetic production / water transpired)
Adaptation to desert climate
• Low surface to volume ratio (reduction of leaf area), sunken stomata, waxy layer, CAM or C4 photosynthesis. • Water storage • Dormancy (by seeds) • Resurrection plants
The problem of too much water is lack of _________ for roots.
Too much salt means drought because ________ water potential is too low to maintain the necessary SPAC gradient.
Evolution of land plants: increasing independence from water
Vascular plants Mosses Ferns Seed plants Gymnosperms Angiopserms Green algae Flowers, fruits, double fertilization, (xylem vessels) Seeds, pollens, no need of water for fertilization Dominance of diploid generation, vascular tissue (tracheids) Diploid embryo, ability to live on land, cuticles, root-like structure
Radiation budget
(Fig. 3.18, 3.19) Incoming radiation = Outgoing LW radiation + sensible heat transfer + latent heat transfer When plants close stomata, the leaf temperature goes up because _________ heat transfer decreases.
Ecological landscaping for sandy soils in Florida?
• Xerophytes?
• Drought avoiders?
• Mulching (with what?) • Soil augmentation?
• Natives vs. exotics?