БІОФІЗИКА РОСЛИН - Ю. І. Посудін - 2004

IІ. ПРОЦЕСИ ПЕРЕНОСУ В СИСТЕМІ РОСЛИНА-ҐРУНТ-ПОВІТРЯ

6. ПЕРЕНОС МАСИ

Одним з основних процесів, що відбувається у триланковій системі рослина-ґрунт-приземне повітря, є перенос маси (масообмін) між ланками цієї системи, який здійснюється у вигляді водного, сольового та газового переносу [Вершинин идр., 1959; Чудновский, 1963; Нерпин и Чудновский, 1975; Monteith and Unsworth, 1990; Campbell and Norman, 1998; Guyot, 1998; Jones, 2000]. До водного переносу можна віднести приплив вологи до ґрунту і рослини у вигляді опадів, вертикальний перенос вологи у рідкій формі; сольовий обмін передбачає в першу чергу обмін поживними речовинами між ґрунтом та кореневою системою рослини та їхнє транспортування рослиною; газовий обмін пов'язаний з процесами Дихання рослини, зокрема з надходженням кисню та виведенням вуглекислоти, випаровуванням води у повітря під час транспірації, конденсацією тощо.

6.1. МЕХАНІЗМИ ВОДНОГО ПЕРЕНОСУ

Вода переноситься безперервно з ґрунту через коріння та стебло до листя, після чого через продихи - в навколишнє повітря. Основними механізмами переносу води є молекулярна дифузія та об'ємний потік. Швидкість молекулярної дифузії визначається за першим законом Фіка (див. розділ 2.2):

де J — густина потоку, тобто кількість речовини, що переноситься через переріз одиничної площі за одиницю часу, S — площа перерізу, крізь який дифундує речовина, D - коефіцієнт дифузії, — концентраційний градієнт (зміна концентрації частинок з відстанню).

Час, потрібний для переносу речовини завдяки дифузії, пропорційний квадрату відстані t ≈ х_e²/D. Отже, як було доведено в розділі «Молекулярні процеси в клітинах», дифузія є достатньо швидким процесом для внутрішньоклітинних масштабів, але вкрай повільним процесом на великих відстанях. Так, час переносу молекули глюкози завдяки дифузії (коефіцієнт дифузії D = 10^-9м²·с^-1) через клітинну оболонку розміром 50 мкм дорівнює t = (50·10^-6 м)²/10^-9 м²·с^-1 = 2,5 с, тоді як для переносу тієї ж речовини на відстань 1 м потрібен час t = 1 м²/10^-9 м²·с^-1 = 32 роки. Таким чином, дифузія є суттєвим механізмом переносу речовини в клітині або при випаровуванні води з листя, оскільки коефіцієнт дифузії молекул у повітрі (≈ 10^-4 м²·с^-1) значно більший, ніж коефіцієнт дифузії молекул у водних розчинів (≈ 10^-9 м²·с^-1).

На великих відстанях переносом води керує об’ємний потік, який являє собою рух молекул у масі, наприклад, завдяки градієнту тиску.