任务七 植物生长与水分环境

任务七植物生长与水分环境知识目标了解植物体内水分的存在状态和生理功能，认识水分的存在状态与植物生理活动的关系。

掌握水势的特点，掌握植物吸水动力和吸水过程、气孔运动规律、蒸腾作用的特点及在生产上的调控应用。

了解土壤和大气中水分的存在状态和运动变化规律，掌握作物的需水规律及生产上的保障措施。能力目标

植物组织水势测定，植物蒸腾强度测定，土壤田间持水量测定。

为什么生命活动离不开水？

活细胞中绝大多数化学反应是在水环境中进行的，大部分生化反应离不开水水的比热在液体中排第二位（汞的比热最大），这意味着水的温度不容易发生改变，使得生命体系可以维持在稳定的状态，少受外界温度变化的影响。水的黏度低，具有渗透作用，对于生命活动来说是至关重要的。

H2O植物吸水土壤水分蒸腾作用大气降水

植物不断从环境中吸收水分，满足正常生命活动需要，又将水分散发到环境中，维持体内的水分平衡。植物对水分的吸收、水分在植物体内的运输、植物的水分散失构成了植物的水分代谢

土壤水分是植物吸水的主要来源，植物体内的水通过蒸腾作用散失到空气中，与江河湖海中的水分共同构成大气水分，大气水分饱和后通过降水的方式落下，形成土壤水。

土壤、植物、大气共同完成自然界中的水分循环概述

植物在生活过程中，植物不断地从周围环境中吸收水分，以满足其正常生命活动的需要。不同的植物、同一植物的不同部位，植物组织的含水量是不同的。植物对环境中水分的要求不同，长期的适应和自然选择便有了旱生植物、陆生植物和水生植物的划分。在不同的生长状态下，植物体内的水分以不同的状态存在，并发挥着相应的生理功能。内容一水分在植物生命活动中的作用水分状态含水量生理功能

不同植物含水量不同；（草本＞木本）

不同植物含水量不同；（草本＞木本）同一植物不同组织含水量不同；（根尖、茎尖、叶＞种子）

不同植物含水量不同；（草本＞木本）同一植物不同组织含水量不同；（根尖、茎尖、叶＞种子）植物生长环境不同含水量不同；（水生植物＞陆生植物＞旱生植物）

不同植物含水量不同：草本＞木本同一植物不同组织含水量不同：

根尖、茎尖、叶＞种子植物生长环境不同含水量不同：

水生植物＞陆生植物＞旱生植物组织代谢状态不同含水量不同：

代谢旺盛＞代谢微弱一、植物组织含水量二、水分的存在状态

束缚水：被原生质胶体颗粒或渗透性物质吸附不能自由移动的水。束缚水含量愈高，植物抗性能力愈强。

自由水：不被原生质胶体颗粒或渗透性物质吸附能自由移动的水。植物新陈代谢愈旺盛，自由水含量愈高。为什么束缚水含量越高植物的抗逆性越强？

对于同一株植物来说，束缚水含量越高,游离水的含量越低，在低温情况下，游离水冻结形成的冰晶量就会减少，冰晶对细胞的伤害是很大的。因此，束缚水含量越高植物的抗逆性越强

原生质的组成成份（70%~90%）；生命活动的介质和参与者；物质吸收和转运的工具；植物固有姿态的保持者；恒定体温的缓冲剂；生长发育的动力三、水分的生理功能

植物体内的一切生命活动，必须在细胞含水充足的情况下才能进行。植物生长的周围环境中，只有土壤中才含有充分而比较稳定的水分。植物的叶片只有在下雨和接触到潮湿空气的时候才能吸水。因此，植物主要吸水的器官是根，根系的吸水部位是根毛区。内容二植物对水分的吸收一、植物吸水的器官

细胞是植物体结构和功能的基本单位，植物吸水通过细胞完成。细胞有3种吸水方式：吸胀吸水、渗透吸水、代谢吸水吸胀吸水：未形成液泡的细胞的吸水形式，主要靠细胞内的亲水胶体吸水膨胀。渗透吸水：通过半透膜的扩散作用进行吸水代谢吸水：利用呼吸作用释放的能量，使水分进入细胞的过程。成熟细胞吸水的主要方式是渗透吸水。吸水能力取决于细胞内外的水势差。二、植物吸水的原理1水势

植物吸水是水分子的移动过程，水分子含有能量，这种能量驱使水分子移动。水分子中含有的能量包括自由能和束缚能两部分。自由能是水分子用于移动的能量。当水中有物质成为溶液时，由于溶质和水分子之间的分子引力和碰撞作用，使得水的自由能降低。水势：相同温度下，一个系统中一摩尔的水与一摩尔的纯水之间的自由能差。纯水的水势为零，细胞中的水都含有一定的物质，溶液浓度越大，水势越低。水的流动方向是：由高到低。2、细胞吸水渗透作用

扩散作用：溶液从浓度高的区域向浓度低的区域移动的趋势。

半透膜：水分子可以自由通过，其他物质有选择通过

渗透作用：两种不同浓度的溶液半透膜相隔，水分子或其它溶剂分子从低浓度的溶液通过半透膜进入高浓度溶液中的现象。(水分子通过半透膜由水势高向水势低的部位流动的现象)。(2)细胞吸水植物的细胞膜具有选择透过性，属于半透膜植物细胞渗透系统：细胞膜+原生质+液泡膜细胞内溶液与胞外溶液存在水势差别，这种差别导致了吸水或失水。质壁分离：细胞失水使原生质与细胞壁分离的现象。质壁分离复原：质壁分离的细胞吸水，原生质膨胀恢复与细胞壁接触的现象。3植物吸水

根毛中，细胞液浓度大，细胞水势小于土壤中的水势，根毛吸水并集中于根部的导管。水分不断增多产生了根压。根压：由根系代谢活动产生的，能推动水分吸收和沿导管上升的力量。植物以根压作为吸水动力进行的吸水方式，称为主动吸水

植株长成后，植物吸水主要依靠被动吸水，叶片的功能之一是蒸腾作用，叶肉细胞失水，水势降低，并向导管吸水，水分延导管上升，一直传递到根，这种吸水方式称为被动吸水

蒸腾拉力：由于蒸腾作用产生的促使植物吸水的力量三.影响根系吸水的条件土壤温度（正相关）土壤通气状况（正相关）土壤水分状态生理干旱：土壤不缺水，由于温度过低或土壤溶液浓度过高，土壤水低于细胞水势，造成根系吸水困难而引起的干旱。

根系从土壤中吸收的水分。除少数直接参与细胞的代谢作用，大量的水分通过植物的地上部分散失到空中，从而牵动植物体内水的流动，完成物质运输和营养分配的过程。

内容三水分的散失——蒸腾作用蒸腾作用：水分从植物地上部分以水蒸气的形式大气中散失的过程。生理意义：水分吸收与运输、营养物质吸收、运输与分配、恒定植物体温、植物内外气体交换蒸腾部位：皮孔（皮孔蒸腾）角质层（角质层蒸腾）气孔（气孔蒸腾）蒸腾强度：一定时间内单位叶面积散失的水分量

一、蒸腾作用封闭细胞补充细胞表皮木栓形成层栓内层木栓层1.皮孔蒸腾2.气孔蒸腾表皮细胞保卫细胞气孔表皮细胞保卫细胞气孔叶肉细胞3.角质层蒸腾二、小孔扩散

气孔蒸腾高效性的原因孔面积很小时，通过小孔边缘扩散的分子受到的干扰阻力相对较小、速度快，称边缘效应。分子通过小孔扩散的速率不与小孔面积成比例，而与小孔周长成比例，这是小孔扩散律。气孔很小（um2），符合小孔扩散规律，尽管叶面上小孔占的面积很小，只有叶面积的0.5%~1%，由于小孔数量多，周长大，所以，水蒸气通过气孔扩散的速率就很高，约为植物总蒸腾量的90％以上。三、气孔运动明开夜合

气孔由两个保卫细胞组成，保卫细胞靠近孔口的细胞壁厚，远离孔口的细胞壁薄，当细胞吸水膨胀体积增大时，远离孔口的细胞壁弯曲程度大于靠近孔口的一边，使得保卫细胞向外弯曲，气孔张开。相反，失水时，细胞伸直，气孔关闭

气孔开闭（明开夜合）机理

白天光照，保卫细胞光合作用利用CO2，细胞内CO2浓度降低，pH值升高，淀粉磷酸化酶催化淀粉转化为葡萄糖，溶于细胞液中，细胞液浓度增大，保卫细胞水势降低，吸水膨胀，气孔张开。白天开放夜间闭合

气孔开闭（明开夜合）机理

夜间黑暗，光合作用停止，呼吸作用正常进行，呼吸作用释放CO2，使细胞CO2

浓度升高，pH值降低，淀粉磷酸化酶催化葡萄糖转化为淀粉析出细胞液，细胞液浓度减小，水势升高，保卫细胞失水收缩，气孔关闭。

光照（正相关）空气湿度（负相关）大气温度（正相关）风（正相关）一天中蒸腾作用的变化情况是：蒸腾作用随温度上升而加快，14时前后到达最高峰，随后下降，日落后降到最低四、蒸腾作用的影响因素1短距离运输：从根毛到导管及叶脉到叶肉细胞，水分通过活细胞传导，主要传导方式是渗透作用

2长距离运输：从根导管经茎、枝到叶脉的导管系统，水分通过导管和管胞以液流方式进行，水分传导的动力是根压和蒸腾拉力五、水分的传导

土壤由矿物质、有机质、水分、气体和土壤微生物组成，水分作为土壤的重要组成部分，参与土壤中不断进行的各种物质和能量的转化。水分的形态、数量和能量决定着物质和能量的转化强度，进一步影响着植物吸水和土壤对植物的营养和水分供应。土壤的水分状况导致土壤的肥力差异，土壤水分是土壤肥力因素中不可分割的组成部分。内容四土壤水分土壤水分来源：降水，灌溉，地下水。土壤水分形态：固态，液态，气态。液态水分类型：吸湿水，膜状水，毛管水，重力水。一、土壤水的类型水分关系毛管水膜状水吸湿水重力水H2O1.吸湿水

吸湿水：土粒利用分子引力和静电引力从土壤空气中吸收的气态水分，是最靠近土粒表面的一层水膜。在水汽饱和的空气中，土壤吸湿水可达最大值，此时土壤的含水率称为吸湿系数

决定因素：土壤质地，有机质，空气湿度。

作用：受土壤吸附力很大，属于无效水。2.膜状水

膜状水：土壤含水量达到吸湿系数后，土粒剩余的分子引力和静电引力吸附的液态水膜。膜状水达到最大时的土壤含水量称最大分子持水量

萎蔫系数：作物根系无法从土壤中吸收水分并发生永久性萎蔫时，土壤的含水百分率。决定因素：土粒总表面积，土壤溶液浓度。

作用：很难被植物利用。3.毛管水

毛管水：土壤含水量超过最大分子持水量时靠毛管力保持在毛管孔隙中的水。分为毛管上升水和毛管悬着水

毛管上升水：地下水延毛管上升并保持在毛管孔隙中的水，毛管上升水饱和时的土壤含水量称为毛管持水量。

毛管悬着水：借毛管力保持在毛管孔隙中的水，饱和时称为田间持水量

决定因素：毛管半径，毛管孔隙度，土壤有机质含量。

意义：可被植物利用的有效水分4.重力水

重力水：土壤含水量超过田间持水量后，多余的由于重力作用沿大孔隙向下渗漏的水分。重力水达到饱和时的土壤含水量

决定因素：土壤质地。

意义：旱田无效，水田有效

土壤重力水达到饱和，即土壤全部孔隙都充满水时的含水量称为土壤全持水量。它是吸湿水、毛管水和重力水的总和。在灌水定额计算中，通常把萎蔫系数作为土壤有效水的下限，把田间持水量作为有效水的上限，两者之差即为有效水的最大含量吸湿水吸湿系数膜状水最大分子持水量毛管上升水毛管持水量毛管悬着水田间持水量

重力水全持水量5.土壤水分间的关系土壤水势：同温、同压、同一高度下，土壤水与纯水的自由能差。土壤内水分由水势高向水势低的区域移动。土壤水在承受一定吸力情况下所处的能态称为土壤水吸力，土壤水含量越少，吸力越大二.土壤水势1土壤水汽的扩散与凝聚：

水气压高处----→水气压低处水多处----→水少处暖处----→冷处2土壤水分的蒸发土壤水分经气化并以水汽的形态扩散到近地面大气中的过程，称为土壤水分蒸发影响土壤水分蒸发的因素：外界因素：辐射、温度、大气、相对湿度、风速内在因素：土壤质地、结构、孔隙状况、耕作质量三、土壤水分的运动土壤水分的蒸发过程：

大气蒸发力阶段：土壤含水量＞田间持水量蒸发速度决定于大气蒸发力，蒸发量很大

土壤导水率控制阶段：土壤含水量＜田间持水量蒸发速度决定于土壤性质扩散控制阶段：土壤含水量＜毛管断裂含水量气态扩散，扩散速度与干土层孔隙大小有关改良土壤质地增施有机肥料壤土和有机质含量高的土壤抗旱。2加强农田基本建设促进土壤蓄水保墒梯田，平整土地，条田，台田，排水系统。3发展农田水利排灌结合

水库，渠系配套，抽水站，井，蓄水池，喷灌，滴灌4合理耕作秋蓄春保相结合

秋天深翻地，耙地；春天耙耱保墒，镇压提墒；深松；植树造林；种肥种草；改良土壤。四、土壤水分的调节

植物通过蒸腾作用向空气中散失水分，江、河、湖、海和土壤中的水分经过蒸发分散到空气中，两者共同组成大气中的水分。大气中的水分含量达到一定程度，便会以降水的形式降落到地面内容五大气中的水分

大气中水分存在状态：气态，液态，固态。大多数情况下，水分以气态存在于大气中，3种形态在一定条件下可以相互转化。空气湿度：表示空气潮湿程度的物理量，用水气压、相对湿度、饱和差和露点温度表示。一、空气湿度水气压：空气中水气产生的压力，也称绝对湿度，大小取决于空气中的水汽含量，以百帕（hpa）为单位。影响因素：水气含量（正相关），温度（正相关)

温度一定时，单位体积空气中所能容纳的水汽量是有一定限度的，水汽含量达到了这个限度，空气便呈饱和状态，这时的空气称为饱和空气。其中的水汽压称为饱和水汽压，也称最大水汽压。1.水气压（e）相对湿度：空气中的实际水气压与相同温度下的饱和水气压的百分比。

eU=×100%E影响因素：温度

同一水气压下，温度越高，空气的相对湿度越小，空气越干燥；反之，相对湿度增加，空气潮湿2.相对湿度（U）饱和差：一定温度条件下，饱和水气压与空气中实际水气压的差值。

d=E–e影响因素：温度

空气水气含量不变的情况下，温度下降，饱和差减小；温度升高，饱和差增大；空气饱和，饱和差为零。其大小可以显示出水分蒸发的能力3.饱和差（d）露点温度：空气中水气含量不变，气压一定时，通过降低气温使空气达到饱和时的温度。影响因素：水气压（正相关）

空气中水气压较大，温度降低很少即达饱和，因而露点温度较高；空气中水气压较小，温度降低很大幅度才能达饱和，因而露点温度较低。气压一定时，露点温度的高低反应了水气压的大小4.露点温度（td）二、水分蒸发水分蒸发：由液态或固态水转变为气态水的过程，包括水面蒸发，植物蒸腾和土壤蒸发三种影响因素----水温（正相关）饱和差（正相关）风速（正相关）水气压（负相关）水面形状（凸面＞凹面）水汽凝结：由气态水转变为液态或固态水的过程。水汽凝结的条件：水气达到饱和----增加水气含量、降温（露点温度）凝结核----对水分子有亲和力和吸附力的微粒。灰尘，烟粒，盐粒，花粉，SO2，

SO3。水气凝结物：露，霜，雾，雪，云，雨，雹。三、水气凝结与降水水气凝结•露形成条件：无风或微风的夜晚，地面有效辐射强烈，近地气层温度降至露点温度以下。作用：放热萎蔫植物复苏引起病虫害水气凝结•霜形成条件：无风或微风的夜晚，地面有效辐射强烈，近地气层温度降至露点温度以下，露点温度＜

0℃

。作用：放热，萎蔫植物复苏，导致霜害

水气凝结•雾形成条件：低层温度降至露点温度以下。种类：辐射雾平流雾平流辐射雾作用：影响光合作用推迟开花果实劣质病虫入侵预防：降低地下水位营造防护林云底低、云量多、云层厚、颜色黑暗，可能下雨。4.水气凝结•云云：高空大气中的水气凝结而成的水滴、冰晶或他们混合组成的悬浮体。形成条件：充足的水分足够的凝