Зависимость транспирации растений и нормы полива от энергии окружающей среды

В 28.07.2020 в 09:13, samura сказал:

Полив из расчета 3 мл/м² на каждый пришедший 1 Дж/см². Подняли тему про норму полива в одной из тем, где я увидел, что не все понимают откуда эта норма берется, и решил ее разобрать.

К сожалению, расчёты в цитируемом сообщении основаны на неверных предосылках. Суммарное испарение агроценоза в теплице (большой совокупности растений, причём в трёх измерениях) – описывается другими термодинамическими формулами, чем закипающее ведро воды на газовой или электрической плите . Единственное сходство – там и там есть приток внешней энергии и происходит испарение воды.

Во-первых, устьичная транспирация состоит из двух фаз: собственно испарения воды с поверхности влажных клеток мезофилла и диффузии через устьица водяного пара, образовавшегося в межклетниках. И физически связывается с явлением краевой диффузии (краевым эффектом), он же закон Стефана-Срезневского: испарение из малых отверстий происходит пропорционально периметру. То есть испарение из множества мелких отверстий идет намного быстрее, чем из крупного отверстия того же диаметра.

 Для правильного расчёта транспирации природных и искусственных ценозов (правильно – эвапотранспирации, то есть суммарного испарения=транспирация+кутикулярное испарение+испарение с поверхности субстрата) существую сложные физические модели (формулы), в которые входят давления насыщенного пара (и/или дефицит пара в воздухе), доступная энергия для транспирации (радиационный баланс), удельная теплоёмкость и плотность воздуха,  скорость движения воздуха, скрытая теплота испарения воды, проводимость растительного покрова, проводимость пограничного слоя (аэродинамическое сопротивление растения/ценоза ), психрометрическая постоянная. Кстати, эти же модели используются для вычисления оптимальной/допустимой скорости движения воздуха и размещение циркуляционных вентиляторов в теплице, а также разного рода калькуляторы оптимальной влажности (см. в https://greentalk.ru/topic/12414/).

Во-вторых, на что многие обратили внимание, совсем не 35-44% от энергии оптического излучения переходят в энергию химических связей (ассимиляты) в процессе фотосинтеза, а хорошо если 2% . Иногда встречаются цифры 4-5%, но не указывается, какую часть общей энергии имели в виду авторы.

Таким образом приведённые выше фантастические расчёты по исчислению полива "1 на 3" следует перечеркнуть, хотя это соотношение для практиков верное! А пока предлагаю всем изучить очень полезную для агрономов ЗГ схему регуляция работы устьичного аппарата (приведенной в В.М. Юрин "Физиология растений", 2010 г. ). (Продолжение последует ...)

7 минут назад, BKB сказал:

К сожалению, расчёты в цитируемом сообщении основаны на неверных предосылках. Суммарное испарение агроценоза в теплице (большой совокупности растений, причём в трёх измерениях) – описывается другими термодинамическими формулами, чем закипающее ведро воды на газовой или электрической плите . Единственное сходство – там и там есть приток внешней энергии и происходит испарение воды.

 

Боюсь, Кирилл Борисович, Вы не так поняли мое сообщение. Никаких аналогий  растений и кипением ведра воды я не проводил. 

Был простой расчет сколько нужно дать энергии, чтобы испарилась вода. Ведь каждая молекула воды покинувшая растения в газообразном состоянии унесла с собой  энергию. И более чем мы дадим энергии, воды не испариться, и не важно, открыты устьица или нет, ведь перед тем как покинуть устьица, воде сначала нужно стать паром в устьичной щели.

Понятно, что в процессе транспирации растения использует и энергию потоков воздуха, и давление водяных паров, и т.д., но это не про то, что я писал. Про транспирация я не писал, писал про энергию.

8 минут назад, Pyotr сказал:

Евгений, а листу плохо не станет от кипятка?))

А чтобы воде испариться нужно ей обязательно закипеть? Пролейте на асфальт ведро воды, и как только воде сообщится нужное для испарения количество энергии, вода испариться, без кипения.

Мысль из сообщения, которое отредактировано, про поливы и энергию окружающей среды, которую растение использует как для транспирации, так и для фотосинтеза, рассказал мне голландец из Хугендорн в 2017 году.  

Только что, M23 сказал:

Энергия в основном уходит из теплицы с проветриванием и ИК излучением. Растения участвуют в этом менее существенно.

Причем тут теплица.

8 минут назад, samura сказал:

Ведь каждая молекула воды покинувшая растения в газообразном состоянии унесла с собой  энергию.

Одна из основных функций транспирации - охлаждение, которое как раз и происходит из-за того, что каждая покинувшая растения молекула воды в газообразном состоянии забирает с собой тепловую энергию. Каждый 1 мл воды, испарившись в процессе транспирации в растении уносит 2592 Дж. энергии, обеспечивая охлаждение.

55 минут назад, M23 сказал:

От количества растений как то зависит? От возраста? 

Найденное соотношение не применимо на практике.

Проблема модели в понимании какая доля энергии попадает на растение.

От количества растений никак не зависит. Энергия пришла на 1 м2,  вода энергию приняла на этом одном м2, и полив дали на 1 м2. Там выше же все написано, Олег,  Вы читали )))) 

1 час назад, M23 сказал:

 

Давайте упростим до абсурда. Теплица 100м2, приходит 6 дж на см2 - нужно давать 1800мл?

6 Дж/см2 - это практически 0.

6  Дж/см2 - 18 мл/м2 или 1800 на все теплицу.

1 час назад, M23 сказал:

 Найденное соотношение не применимо на практике.

Вот только наверное 99% ТК используют соотношение полива 3 мл/м2 на каждый 1 Дж/см2.

19 часов назад, M23 сказал:

Энергию в первую очередь принял воздух, в ваших расчетах его нет. Посчитайте скорость воздухооборота теплицы и удельную теплоемкость одного объема в минуту.

Если воздух в первую очередь принимает энергию,  почему же атмосфера прогревается снизу вверх на не сверху вниз)) Верхние слои атмосферы должны взять на себя все энергию))) Электромагнитное излучение прекрасно преодолевает воздух (с незначительными потерями). Вентиляция теплицы высокая, но все же растения в большей степени охлаждают себя сами в процессе транспирации. При приходе радиации на 1 см2 3000 Дж - это 300 ГДж/Га.

А теперь, Олег, решите задачку. Дано: приход радиации на  3000 Дж/см2 - 300 ГДж/Га в сутки. Удельная теплоёмкость воздуха 1,007 кДж/(кг·K), 1 м3 воздуха 1.2  кг. Воздухообмен теплицы 45 объемов  в час. Высота теплицы 6 м.
Вопрос: сколько энергии уйдет из теплицы в процессе вентиляции за одни сутки?

36 минут назад, M23 сказал:

Построение математических моделей мой профиль. 

Олег, я не уверена, что правило 3 мл/м2 на Дж/см2 вообще основано на математической модели. Мне мнится, что в его основе в большей степени практический опыт. Оно применяется давным-давно и связано с накопленной суммой радиации и объемом субстрата в мате.

Дело в том, что агрономы в этой дискуссии многие вещи подразумевают "по умолчанию", поэтому те, кто впервые столкнулся с таким подходом, многого недопонимают.

Однако тема о причинах возникновения пустот в плодах томата.

Разница темппературы снаружи и внутри теплицы в летний день 1-2 градуса.

А теперь, Олег, подумайте пожалуйста, почему в теплице без растений со 100 открытками фратугами в летний день (+30), температура в теплице 55 градусов, в теплице с растениями 32 градуса.

Ну и вопрос КБ, и АК, как растение охлаждает себя в процессе транспирации?

В 30.07.2020 в 08:28, samura сказал:

Ну и вопрос КБ, и АК, как растение охлаждает себя в процессе транспирации?

Прискорбно , что ни Кирилл Борисович ни Аскар Камбарович не ответили на вопрос.

Может стоит уже согласиться, что растение охлаждает себя по средством удаление энергии из растения с испарившийся водой в процессе транспирации? И что чтобы воде слать паром молекула воды должна обладать  достаточной кинетической энергией  для совершения работы, необходимой для преодоления сил притяжения со стороны других молекул жидкости? 

У меня полное ощущение что оппоненты дискуссии не понимают вопрос.  

В 11.08.2020 в 20:39, Юлианна сказал:

Задумалась... по-моему спорное утверждение "охлаждает себя посредством удаления энергии".

Юлиана, а разве в нашем мире можно охладиться каким-то  другим способом? Не отдавая энергию? Расскажите как, это же на нобелевку потянет.

В 11.08.2020 в 20:39, Юлианна сказал:

Это я к тому, что на транспирацию как и на другие биологические процессы растение затрачивает энергию

Мне прям сейчас смешно чуть-чуть. И какую же энергию растение затрачивает на транспирацию? Случайно не ту энергию которая пришла от Солнышка?, и случайно не для того чтобы передать достаточную энергию молекуле воды, чтобы она могла преодолеть молекулярное притяжение? забрав энергию из растения, в окружающую среду, тем самым охладив растение, не?

Юлиана, Вы же сами себе противоречите.  Сначала говорите, что спорное утверждение, а в следующем абзаце пишите, что растения тратит энергию на охлаждение.

Вот я и спрашиваю специалистов, как именно растение охлаждает себя в процессе транспирации? Вы говорите, что растение тратит энергию. Опишите, какаю энергию растения тратит, и каким образом ее растение тратит, как происходит охлаждение.

В 11.08.2020 в 20:45, Askar сказал:

Евгений, транспирация сложный процесс,  тому же он дополняется испарением через кутикулу и через экзодесмы волосков. Морфология разных растений разная, значит, и испарение разное. Чтобы описать все аспекты проблемы надо иметь вдохновение и время.

Аскар Камбарович, то что транспирация сложный процесс никто не спорит. На транспирацию влияют биологические механизмы регуляции процесса транспирации; величина устьичной проводимости (устьичного сопротивления) листьев растения, зависящая от биологических особенностей растений и от условий внешней среды, вертикальные размеры растений, которые создают разные условия в ярусах для процесса транспирации, водный потенциал листьев растений, который зависит от влагосодержания корнеобитаемого слоя и скорости транспирации. В условия, когда устьица под влиянием соответствующего фактора среды полностью закрыты, влага из растения в атмосферу поступает только через кутикулы и плазмалеммы. Устьичная проводимость определяется степенью открытия устьиц, и влияет на интенсивность водного и углекислого обмена между листом и окружающим воздухом. Она зависит от анатомических особенностей растений и измеряется под воздействие комплекса внешних (прихода ФАР, температуры листа, дефицита упругости водяного пара в воздуху и внутренних (водный потенциал листа и растения, содержания СО2 в межклеточниках) факторов. Интенсивность транспирации в свою очередь влияет на величину устьичной проводимости - увеличение скорости транспирации ведет к уменьшению водного потенциала листа и тургора замыкающих клеток, что ведет к замыканию устьиц (регуляторная функция устьиц для предотвращения растения от избыточной потери влаги, и как следствие к снижению устьичной проводимости.

Только сложность процесса транспирации не отменяет того, что растения удаляет тепловую энергию с покинувшими растения молекулами воды, тем самым себя охлаждая. Подавляющая часть приходящей энергии окружающей среды тратится на транспирацию, то есть дает (энергия)  возможность воде покинуть лист забрав с собой энергию и тем самым (покинувшая растения молекула воды) запустить верхний концевой двигатель (ВКД), а  ВКД уже обеспечит передвижение воды снизу вверх, транспорт элементов и т.д. Если есть какие то другие варианты охлаждения растений (удаления энергии), я их хочу услышать.

Цитата

Сцепление молекул воды между собой (когезия), а также с другими веществами  (адгезия) имеет большое значение в процессе передвижения воды по растению. Высокая скрытая теплота испарения воды (при 20 °С она составляет 586 кал/град) также обусловливается наличием водородных связей. Для того чтобы в процессе испарения произошел отрыв молекул от водной поверхности, необходимо затратить дополнительное количество энергии для разрыва водородных связей. Поэтому испарение воды растением (транспирация) сопровождается охлаждением транспирирующих органов. Понижение температуры листьев при транспирации имеет важное физиологическое значение.

Цитата

Для верхнего концевого двигателя источник энергии – Солнце, это означает, что поглощаемая листом лучистая энергия используется для испарения.

Пару цитат, для размышления.

В 12.08.2020 в 12:06, Askar сказал:

Евгений, а разве химические реакции и взаимодействия, идущие в растительных клетках и межклетниках, все экзотермические  Разве для образования коллоидов энергия не нужна? Например увеличение электролитов в цитоплазме приведет к гидратации ионов и к поглощению энергии. Аналогично, с белками и олигосахаридами, мукополисахаридами и в целом с мембранами. Появление  и утолщение воска на кутикуле позволяет больше отражать света и рассеивать тепловую энергию, развитие трихом приводит примерно к тому же. Большинство биохимических реакций требуют не только химической, но и тепловой энергии, которая тем самым утилизируется и способствует росту растений и наливу плодов. Давно известно, что растения способны накапливать тепловую энергию и отдавать её при необходимости.

Аскар Камбарович, Вы, наверное имели введу эндотермические реакции, т.е. реакции с поглощением тепла и хранением данной энергии в химических связях. Конечно в растительном организме есть циклы биохимических реакций, в результате которых образуются молекулы,  который хранят в себе энергию. Но доля этой энергии несоизмерима мала с той энергией, которая  расходуется в процессе испарения.

Вы наверно помните с чего началась эта дискуссия. Основная мысль моего сообщения, которое порезал BKB, заключалась  в том, что воды больше чем есть энергии испариться не может, и даже транспирация большему испарению способствовать не может, так как на эта саму транспирацию нужна та самая лучистая энергия. Меньше по отношению к энергии испариться может, потому, что у растений куча механизмов сохранения влаги. А вот больше не может.

Именно поэтому я посчитал количество энергии необходимое для испарения воды, потому что более этого количества испариться воды не может, и, следовательно более воды растению дать нет смысла.

В 12.08.2020 в 12:48, Юлианна сказал:

Евгений, "спорность" Вашего утверждения в том, что "охлаждение" по принципу прямого испарительного охлаждения ни есть "удаление энергии".

   Юлиана, утверждение не мое, об этом пишется в каждом учебнике по физиологии растений - Что энергия солнца передается воде, вода благодаря этой энергии покидает растение, тем самым запускается  верхний концевой двигатель, потом вода по средствам осмотических сил начинает переходить из клетки в клетку, и затем создавая сосущую силу в ксилеме обеспечивая ток вверх. Это если простыми словами.

В 12.08.2020 в 12:48, Юлианна сказал:

Понимаете, если "вода испаряется" из устьиц растения, это не означает, что именно на разрыв химических связей в молекуле воды растение затрачивает свою энергию. 

Может для Вас это будет откровением, но вода находящиеся в устьичной щели уже находится в газообразном состоянии. Молекула воды уже приняла лучистую энергию преодолев молекулярное притяжение, и только благодаря этому газообразному состоянию, она уже может перейти во власть замыкающих клеток устьица и внешних сил. Далее на эту молекулу будут действовать внешние факторы -дефицита упругости водяного пара в воздухе, температура воздуха и листа, потоки воздуха. 

В 12.08.2020 в 12:48, Юлианна сказал:

Растение затрачивает ее на открытие устьиц прежде всего, поглощение корнем и т.д. 

Юлиана, Вы это серьезно пишите? Мне очень трудно комментировать, то что Вы написали, правда.

В 12.08.2020 в 12:48, Юлианна сказал:

с увеличением транспирации в утренние часы, например, температура растения растет, а в вечерние/ночные часы со снижением транспирации наоборот температура растения падает.

Юлианна, мне мнится, что в этом утверждении перепутаны причина и следствие. Утром с нагревом растения под действием солнечной энергии (ну или отопления) транспирация увеличивается, а вечером со снижением температуры растения (ведь остывает окружающий воздух, поэтому остывает и растение) снижается и транспирация.

Просто для общей информации. Копперт только что опубликовал брошюру (написанную совместно с уже упоминавшимся на форуме Годфри Долом)  на английском, немецком, итальянском и голландском языках об особенностях работы шмелей в жарких условиях. Ее можно скачать по ссылке https://www.koppert.com/news/crucial-information-on-pollination-at-high-temperatures/. Будем надеяться, что со временем переведут и на русский.