تحقیق مقاله رابطه ی آب و خاک و گیاه

آب از اساسی ترین عناصری است که باعث وجود حیات می شود همه موجودات زنده کوچک و بزرگ ماده نیاز دارند. و بیشترین قسمت اعضاء موجودات  را این مایع به شکلهای مختلف تشکیل می دهد. این مایع حیاتی باعث ایجاد ارتباط وهمزیستی موجودات و گیاهان در کنار یکدیگر می شود حتی منجر به همزیستی موجودات زنده و غیرزنده. بیشتر فعالیت های شیمیایی درون و بیرون از بدن موجودات زنده و فرسایش و تجزیه وتحلیل عناصر غیرزنده در کنار آب انجام می شود. می توان گفت: اولین گروه موجودات زنده که از آب استفاده می  کنند و باعث ایجاد چرخه ی زیستی می شوند گیاهان هستند. گیاهان بصورت های مختلف مثل جذب از طریق خاک، توسط ریشه ها یا جذب از هوا ازطرق برگها آب را در اختیارخود قرار می دهند. در این بین عواملی هستند که باعث می شود استفاده از آب و مقدار آبی که در اختیار گیاهان قرار می گیرد متفاوت باشد و این تفاوت باعث بوجود آمدن تنوع گیاهان و پوشش گیاهی مختلف می شود.

 آب:

 اهمیت اکولوژیکی آب

نقش های گوناگون در گیاهان

ساختمان و خواص آب

نیروهای که در حرکت دخالت دارند

اهمیت اکولوژیکی آب:

توزیع گیاهان در سطح زمین در مرحله اول بسته به وجود دارد.

 مناطقی که در بارندگی زیاد دارند و توزیع باران در فصل رویش نسبتاً یکنواخت است پوشش گیاهی انبوهی دارند.

حتی قسمتی از اثر درجه حرارت روی گیاهان نیز از طریق ارتباط آن با آب آشکار می شود. زیرا کاهش در جه حرارت با کم شدن میزان تبخیز و تعرق همراه است و افزایش درجه حرارت باعث تبخیر و تعرق زیاد در گیاهان می شود بنابراین مناطقی که گرمسیرهستند آب موجود نیاز علفزار ها را مرتفع می سازد و مناطقی که سردسیر هستند و تبخیر و تعرق کم در آنها انجام می شود و آب موجود در آنجا می تواند نیازجنگلها را از نظر آب تأمین کند.

 اهمیت فیزیولوژیکی آب:

   اهمیت اکولوژیکی آب به دلیل اهمیتی است که این ماده از نظر فیزیولوژیکی دارد. تنها راهی که یک عامل محیطی مثل آب بتواند اثری بر رشد گیاه داشته باشد این است که فرآیندها و شرایط فیزیولوژیکی داخل گیاه را تحت تأثیر قرار دهد.

 بیشتر فرآیندهایی که در رگیاه صورت می گیرد چه بطور مستقیم و چه بطور غیرمستقیم به وجود آب بستگی دارد. فعالیت های متابولیکی( سوخت و سازی) سلول ها و گیاهان به مقدار آب آنها بستگی نزدیکی دارد. برای مثال تنفس در  بذرهای جوانی که در حال رسیدن هستند خیلی زیاد است ولی بتدریج در طی زمان رسیدن بذر که از محتوی آب آن کاسته می شود انی مقدار کم می شود. البته کم شدن آب در مورد بذر بعضی از گیاهان مانند بذرهایی که در داخل میوه های گوشتی هستند مانند گوجه فرنگی کاهش مقدار آب به دلیل دیگری انجام می شود. رطوبت زیاد در بذر موجب افزایش در جه حرارت و از بین رفتن آنها می شود.

رشد گیاهان بوسله تکثیر و بزرگ شدن سلول و وجود مواد آلی و معدنی که لازمه تولید پرتوپلاسم جدید در دیواره های سلول است کنترل می شود. رشد ساقه و برگ با کمبود آب به سرعت  کنترل و متوقف می شود. کاهش مقدار آب بدون شک میزان فتوسنتز را کاهش می دهد و معمولاً با کم شدن میزان تنفس نیز همراه است.

البته در برگهای سوزنی شکل کاج و تعداد محدود دیگری از انواع بافتها قبل از آنکه میزان تنفس بطور نهایی کاهش پیدا کند و منجر به مرگ گیاه شود افزایش موقتی در مقدار تنفس آنها دیده می شود.

 بطور خلاصه کاهش مقدار آب با از بین رفتن آماس، پژمردگی، توقف رشد سلولی، بسته شدن روزنه ها، کاهش مقدار فتوسنتز و اختلال دربسیاری از فرآیندها همراه است و کاهش مقدار آب، بی نظمی در پروتوپلاسم و مرگ بسیاری ا ز موجودات زنده را در پی خواهد داشت.

نقشهای گوناگون آب در گیاهان

اهمیت آب را از نظر وظایف مهمی که بعهده دارد می توان در چهار گروه خلاصه کرد:

آب بعنوان ماده تشکیل دهنده پروتوپلاسم اهمیت دارد.

2- آب بعنوان یک حلال دومین وظیفه ی اصلی است که در گیاه دارد. به دلیل قدرت حلالیت آب، گازها، و مواد معدنی و سایرمواد دیگر در آب حل شده و به داخل سلول راه می یابند وبه این وسیله از سلولی به سلول دیگر و اندامی به اندام دیگر گیاه منتقل می شوند. نفوذپذیری دیواره و غشاء اغلب سلول ها نسبت به آب موجب می شود جریان مداومی از مایع در سرتاسر گیاه ایجاد شده و تغییر مکان انواع اجسام حل شونده صورت پذیرد.

3- آب بعنون ماده ای که وارد ترکیبات شیمیایی می شود در بسیاری از فرآیند های مهم از قبیل فتوسنتز و یا هیدرولیزشدن نشاسته به قند آب وارد فعل و انفعالات شیمیایی می گرد. در این فعل و انفعالات آب مانند دی اکسیدکربن و نیترات نقش اساسی دارد.

4- آب به عنوان عامل تولید آماس در سلول که برای بزرگ شدن سلولها و رشد گیاه و شکل دادن به گیاهان علوفه ای بسیار ضروری است. آماس در باز و بسته شدن روزنه ها، حرکت برگها، بازشدن گلها و کار سایر اندامهای تخصص یافته گیاه نقش مهمی را ایفا می کنند. ا گر آب کیفیت نداشته باشد و نتواند تولید آماس کند موجب کاهش سریع در رشد گیاه می شود.

ساختمان و خواص آب:

مطالعه ی چگونگی ساختمان آب و خواص آن می تواند مبنایی برای شناخت مکانیسمهای مختلف انتقال آب از خاک به گیاه و از آن طریق به اتمسفر باشد.

 خاصیت قطبی بودن مولکولهای آب:

 باعث بوجود آمدن جاذبه ی قوی بین مولکولی می گردد که پیوند هیدروژنی نامیده می شود مولکول آب دارای یک اتم اکسیژن و دو مولکول هیدروژن می باشد که با هم پیوند کووالانسی دارند. دو پیوند هیدروژن با اکسیژن زاویه ی 105 درجه تشکیل می دهند.

خاصیت الکترونگاتیوی اتم اکسیژن بیشتراز اتم هیدروژن است. بنابراین تمایل اکسیژن برای جذب الکترونهای پیوند کووالانسی بیشتر است. این امر باعث بوجود آمدن بار جزئی منفی در سمت اکسیژن و بار جزئی مثبت در سمت هیدروژن می شود این بارهای جزئی هستند و باعث می شوند که مولکول آب بار خاصی نداشته باشد. همین بارهای جزئی باعث می شد که مولکول آب خاصیت قطبی داشته باشد و مولکولهای آب که در مجاور آن هستند و آنها هم خاصیت قطبی دارند با هم پیوند تشکیل دهند.

 بعضی از خواص فیزیکی و غیرطبیعی آب به دلیل جاذبه الکترواستاتیکی بین مولکولهای آب است که به پیوند هیدروژنی معروف هستند. و این ابعث مقاوم شدن محلول های آبی می شود این تصور وجود دارد که شبکه نیمه بلوری آب مدام درحال شکستن و تشیکیل شدن است. خاصیت قطبی بودن آب آن را به یک حلال عالی تبدیل کرده است.

 آب در مقایسه با سایر حلا لها مقدار بیشتر وطیف وسیعتری از مواد را در خود حل می کند. این خصوصیت تا حدی به کوچک بودن و قطبی بودن مولکولهای آب مربوط می شود که باعث می شود آب حلال خوبی برای مواد یونی باشد. مولکولهای آب اطراف یونها و مواد محلول قطبی موجود در محلول را احاطه می کند و بطور مؤثر بارهای الکتریکی آنها را می گیرند.

 این عمل باعث کاهش اثر متقابل بین مواد باردار می شود بناربراین حلالیت آنها را زیاد می کند. علاوه براین انتهای قطبی مولکولهای آب به گروههای باردار یا دارای بار جزئی مولکولهای بزرگ نزدیک می شوند وتشکیل لایه های از آب را می دهند. پیوند هیدروژنی بین مولکولهای بزرگ و آب باعث کاهش اثر متقابل بین مولکولهای بزرگ شده و به حلالیت آنها کمک می کند.

 توانایی آب در تشکیل پیوند هیدروژنی:

 باعث افزایش خصوصیات حرارتی، پیوستگی و چسبندگی آن می شود.

 پیوند قوی هیدروژنی بین مولکولهای آب باعث ایجاد خواصی مانند گرمای ویژه ی زیاد و گرمانی نهان تبخیر بالا در آب می شود.

 گرمای ویژه:

 مقدار گرمایی است که لازم است تا درجه حرارت یک ماده به مقدار معینی افزایش یابد.

 گرمای نهان تبخیر:

 مقدار انرژی که لازم است تا در درجه حرارت ثابت مولکولهای آب از فازمایع جدا شده و به فاز گاز منتقل شوند( همان فرآیندی که ضمن تعرق اتفاق می افتد) گرمای نهان تبخیر آب در 25 درجه سانتیگرا 5/10 کیلوژول بر مول است که بیشتر از هر مایعی می باشد.( یک کیلوژول برابر با 241 کیلوکالری است) این انرژی صرف شکستن پیوندهای هیدروژن بین مولکولهای آب می شود.

 بالابودن گرمای تبخیر آب باعث می شود که گیاهان گرم شده و در اثر تابش خورشید بتوانند از طریق تبخیر آب از سطح برگها خودشان را خنک کنند. تعرقی یک حاصل مهم برای تنظیم حرارت گیاهان است. پیوند هیدروژنی آب باعث افزایش خاصیت پیوستگی که همان نیروی جاذبه زمین است دو مولکول آب است.

خاصیت دیگر آب چسبندگی آن است. که نیروی جاذبه بین آب و فار جامد مانند دیواره ی سلول یا سطح شیشه اطلاق می شود.

 دو مرز بین هوا و آب نیروی جاذبه ی بین مولکولهای سطح آب یا مولکولهای مجاور بیشتر از نیروی جاذبه بین مولکولهای آب وهوا است. این نیروی جاذبه باعث می شود که مرز بین هوا و آب به صورتی در آید که حداقل مساحت را داشته باشد. نتیجه ای که گرفته می شود این است که مولکولهای آب نیرویی را بین هوا و آب بوجود می آورند که این نیرو نه تنها بر شکل سطح آب تأثیر می گذارد بلکه ممکن است فشاری را نیز بر بقیه ی مایع اعمال کند. و چنین شرایطی در مرز بین آب و هوا کشش سطحی گفته می شود کشش سطحی نقش مهمی در صعود آب از درختان دارد.

 نیروی پیوستگی و چسبندگی، کشش سطی موجب پدیده ای می شود که به پدیده های موینگی معروف است.

 فرآیند انتقال:

وقتی که آب از طریق گیاه از خاک به طرف آتمسفر حرکت می کند از محیط های متنوع و نسبتاً زیادی عبور می کند که مکانیزم انتقال آن بستگی به نوع محیط( دیواره سلولی، سیتوپلاسم، لایه ی چوبی) تفاوت می کند.

 انتشار:

عبارت است از حرکت مولکولها در راستای شییب غلظت و ازطریق آشفتگی حرارتی تصادفی مولکولهای آب درون یک محلول ثابت نیستند و دائماً در حال حرکت هستند و با برخورد به یکدیگر انرژی جنبشی آنها تغییر می کند. انتشار فرآیندی است که نظم مولکولها را در اثر آشفتگی حرارتی تصادفی به هم می زند.  چنین جنب و جوشی باعث می شود که مواد را از جای پرتراکم به جای کم تراکم حرکت کنند یعنی در جهت شیب غلظت حرکت کنند.

 هرچه مایع از نقطه شروع به اطراف بیشتر انتشار یابد شیب غلظت کمتر می شود بنابراین حرکت شبکه کندترمی گردد. در گیاه انتقال آب در فواصل طولانی از طریق جریان توده ای صورت می گیرد.

جریان توده ای به حرکت گروهی از مولکولها در اثر وجود یک اختلاف فشار اطلاق می شود. فشار حاصل از جریان توده ای آب عامل اصلی انتقال آب در مسیرهای طولانی گیاه از طریف آوند چوبی است که ممکن است در جریان یافتن آب در خاک و دیواره ی سلولی بافت گیاه نیز نقشی داشته باشند.

 اسمز:

فرآیندی است که آب از یک غشاء عبور می کند و به پتانسیل شیمیایی آب یا پتانسیل آب بستگی دارد. غلظت مواد محلول و فشار دو عامل مهمی هستند که پتانسیل آب را تحت تأثیر قرار می دهند البته در صورت زیادبودن ارتفاع نیروی ثقل حائز اهمیت است. پتانسیل آب علاوه بر اهمیتی که در اسمز دارد معیار مفیدی برای پی بردن به وضعیت آبی گیاه است.

 میزان انتقال آب به اندازه ی نیروی محرک و هدایت هیدرولیکی مسیر انتقال بستگی دارد. در انتشار هدایت هیدرولیکی به ضریب انتشار بستگی دارد و در جریان توده ای شکل هندسی مسیر وسیکوزیته ی محلول اهمیت دارد. د راسمز نفوذپذیری غشاء مهمترین عامل است.

 مکانسیم انتقال آب شامل انتشار جریان توده ای و اسمز است و هر کدام از این انواع انتقال به نیروی محرک متفاوتی وابسته اند آب در گیاه بوسیله ی سیستم هیدرولیک مداومی که آب موجود در خاک را به بخار آب هوا مرتبط می کند کنترل شود آب از نواحی با پتانسیل آب زیاد به نواحی با پتانسیل آبی کم حرکت می کند.