مراحل جذب آب در گیاهان

مراحل جذب آب در گیاهان

نظر به اینکه آب مهمترین ماده زیستی برای تمام موجودات است در گیاهان نیز عامل اساسی زندگی و رشد و نمو است.

آب در ساختار کلوئیدی پروتوپلاسم شرکت می‌کند و برای انجام فعالیتهای متابولیسمی ضروری است. در گیاه نیروی مکش موجب جذب و انتقال آب به قسمتهای مختلف می‌گردد این نیرو به نام پتانسیل آبی گیاه نامیده می‌شود که در اثر وجود یونهای آلی و کانی و کلوئیدهای موجود در یاخته حاصل می‌گردد. پتانسیل آبی در گیاه نیز مانند خاک منفی است و در مقایسه با پتانسیل آبی خاک منفی‌تر است.

جذب آب توسط ریشه‌ها

سیستم ریشه‌ای گیاهان اغلب بسیار گسترده است. میزان گستردگی ریشه ها در زیرزمین بیش از میزان گستردگی ساقه‌ها در هواست. تارهای کشنده ریشه سطح ریشه‌ها را بطور قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌دهند. اگر مساحت تارهای کشنده بطور جداگانه محاسبه گردد معلوم می‌شود که سطح تارهای کشنده 7/1 برابر قسمتهای دیگر ریشه است. در سایر گونه‌ها سطح تار کشنده ریشه بالغ بر 8 تا 12 برابر بقیه سطح ریشه گزارش شده است.تارهای کشنده ریشه نه تنها سطح جذب را افزایش می‌دهند بلکه تماس نزدیکی با خاک پیدا می‌کنند و باعث خرد کردن ذرات خاک و نفوذ به داخل شکافها می‌شوند. بیشتر جذب آب در نزدیکی نوک ریشه و منطقه رشد صورت می‌گیرد یعنی در جایی که یاخته‌های اپیدرمی دارای دیواره نازک هستند به تدریج که بافت ریشه بالغ می‌شود اپیدرم و تارهای کشنده آن بوسیله پریدرم چوب پنبه‌ای شده غیر قابل نفوذ جایگزین می‌گردد.

افزایش جذب موثر آب

به منظور افزایش جذب موثر آب ، رشد ریشه باید مرتبا منطقه جذب را که بالاتر از راس رویش ریشه است بازسازی کند. همچنین رشد ریشه برای نفوذ آن در خاک مرطوب ضروری است و این امر در شرایط کمبود آب می‌تواند بسیار باشد. پس از افزودن آب به خاک ، حرکات آب بیشتر به سمت پایین است و به سوی ریشه‌ها حرکت نمی‌کند و تنها راهی که دسترسی ریشه را یه آب زیاد می‌کند رشد و آبدوستی مثبت ریشه است که به سوی محلهای مرطوب و آبدار خاک رشد می‌کند .

سرعت رشد ریشه زیاد است و در مورد گیاهان علفی این سرعت 10 میلیمتر در روز بطور عادی است.

سیستم ریشه‌ای گیاه ذرت بطور متوسط روزانه 50 تا 60 میلیمتر رشد می‌کند. گرچه منطقه تارهای کشنده مهمترین سطح جذب آب به شمار می‌آید مناطق پیرتر هم در این عمل نقش قابل ملاحظه‌ای دارند. این امر بویژه در زمستانها که رشد ریشه کم است و یا در مواقع کمبود آب بیشتر صورت می‌گیرد نقاط خروج ریشه‌های جانبی لایه‌های چوب پنبه‌ای شده را شکسته و ورود آب را امکان‌پذیر می‌سازد.

عوامل موثر در جذب آب

برای اینکه آب از خاک وارد ریشه گیاه شود باید نیروی جاذبه‌ای در ریشه وجود داشته باشد که به سطح آورده شود و مثل یک فشار منفی عمل کند در عین حال خاک یا محلول غذایی نیز مکش یا جاذبه‌ای در جهت عکس دارد. تفاضل این نیرو مکش خالصی است که منجر به ورود آب در گیاه می‌شود. فزونی نیروی مکش گیاه بر نیروی مکش خاک موجب حرکت آب به سوی گیاه می‌گردد. نیروی مکش خاک به مقدار کلوئید (رس و هوموس) و درجه خشکی آن بستگی دارد.

عوامل موثر در نیروی مکش گیاه

در سطح تارهای کشنده ، فشار اسمزی شیره واکوئلی تار کشنده بیش از فشار اسمزی محلول خاک است این فزونی فشار موجب کشش و جذب آب می‌شود.

بافتهای درونی نیز مکش ایجاد می‌کنند که مربوط به فشار اسمزی واکوئلهای این بافتها و نیروهای آغشتگی کلوئیدی آنها و اندام هوایی است که تعرق انجام می‌دهند.

ریشه آب را هنگامی جذب می‌کند که تهویه شده باشد. در خاک خیلی سنگین مثل خاک رس یا خاک بسیار مرطوب ، ریشه‌ها دچار خفگی می‌شوند چنانچه در مورد گیاهانی که ریشه‌های راست و عمیق دارند وقتی ریشه‌ها به سفره آب زیرزمینی می‌رسند علایم خشک شدن را نشان می‌دهند به استثنای گیاهان مانگرو که در این گیاهان ریشه‌های هوایی هدایت گاز را به عهده دارند.

آبیاری نباید در فاصله بسیار نزدیک صورت گیرد بویژه اگر خاک سنگین باشد باید به خاک فرصت داد تا تهویه در آن انجام پذیرد

جذب آب بوسیله برگ

آب جوی می‌تواند در بعضی مناطق که مه فراوان دارند توسط گیاه جذب شود. جذب مستقیم رطوبت مه بیشتر بوسیله برگها صورت می‌گیرد و آزمایش مربوطه بر روی دو گونه گیاه ساحل صحرای نامیبیا انجام شده است. یکی از این گونه ها به نام تریانقاهردوآنسیس از تیره ایزوله آله است و گونه دیگر ولوتیشیا میزابیلیس است. در بروملیاسه نیز جذب آب بوسیله برگها شناخته شده است. بویژه در تیلاندیسا مکانیسم جذب آب در این گیاه شناخته نشده است.

اما چون در گیاه مردهع نیز مانند گیاه زنده صورت می‌گیرد لذا به نظر می‌رسد که پدیده‌ای فیزیکی باشد. ثعلبهای اپی‌فیت می‌توانند آب جوی را جذب کنند. برگهای نهاندانگان متعددی از تک لپه‌ایها و دو لپه‌ایها در شرایط خشکی و نیمه خشکی هوا می توانند آب جوی را جذب کنند. در بعضی سرخسها مانند پلی‌پودیوم پلی‌پوئیدس و سوراک اوفیسیناروم نیز جذب آب بوسیله برگها مشاهده شده است.

میکوریزها

میکوریزها به معنای قارچ ریشه است. این قارچها از ارتباط متقابل و سودمندی با ریشه‌های گیاهان برخور دارند. ریشه‌های گیاه مواد مترشحه خود را به قارچ منتقل می‌کند و قارچ هم در انتقال مواد غذایی و آب به ریشه گیاه کمک می‌کند. ریشه‌هایی که در خارج ریشه‌های گیاه رشد می‌کنند به مناطق عمقی خاک می‌رسند و به جذب مواد غذایی و انتقال آنها به گیاه بویژه در انتقال یونهای کم تحرک مثل فسفات ، روی ، مس ، مولیبدن کمک می‌کنند. میکوریزها نوعی پوشش حفاظتی بوجود می‌آورند.

جذب عناصر با جوامع گیاهی :

اساس روش اکتشافات بیوژئوشیمیایی برمبنای توجه به رشد گیاه و عناصر جذب شده گیاه است. معمولأ گیاه عناصر را از آب و خاک و هوا جذب می کند. نسبت جذب عناصر توسط گیاهان به طبیعت و مقدار کانی های رسی، مقدار و ترکیب مواد آلی، PH و Eh خاک و مقدارمواد محلول در آب بستگی دارد. به طور عمومی بخشی از خاک که در آن آب باران به راحتی جریان می یابد، حرکت آب سبب هوازدگی سریع خاک می شود. این فرآیند سبب می شود که اغلب عناصر تحرک بیشتری پیدا نمایند. در چنین بخشی از خاک است که  ریشه گیاهان مواد غذایی وعناصر موجود در خاک را جذب می کند، زیرا خاک در اطراف ریشه محیطی بسیار اسیئی و خورنده ایجاد می کند که باعث می شود گیاهان توانایی استحصال و تجزیه شیمیایی عناصر را از کانی ها داشته باشند. به صورت عادی تصور می شود که اغلب کانی های خاک پایدار هستند، در حالی که گیاهان مواد مورد نیاز خود را از همین کانی ها حتی کانی های سولفوره و سیلیکاته پایدار جذب می کنند. وقتی که عنصر کمیاب توسط گیاهان جذب شود یک حالت تهی شدگی از این عناصر در اطراف ریشه ایجاد می شود. ولی فرآیند های بیوژئوشیمیایی بعدآ می توانند این تهی شدگی را پر نمایند.

مهمترین این فرآیندها عبارتند از :

-         حرکت مواد محلول در خاک که باعث جانشینی محلول های جذب شده می گردد.

-         اجزاء محلول خاک در بخش ریشه ای به صورت اجزای یونی، نمک ها و سایر اجزای محلول انتشار می یابد.

-         اگرچه نحوه جذب عناصر توسط گیاهان تفاوت دارد، آنها عمدتأ به صورت یونی جذب می گردند.

با این حال عناصر به صورت های دیگری نیز به وسیله گیاهان جذب می شوند که مهمترین آنها عبارتند از :

1-  به صورت یون های قابل تبدیل در کمپلکس های معدنی- آلی که توسط نمک های طبیعی مانند استات آمونیوم قابل استخراج است.

2-    به صورت یون های پایدار و کمپلکس های آلی- معدنی قابل استحصال توسط اسید استیک رقیق.

3-  به صورت نمک های غیرقابل حل آلی یا کانی آلی قابل دسترس توسط محلول های حاوی اسیدهایی مانند اتیلن دیامین تترا استیک اسید (EDTA).

4-  به صورت ترکیبی از اکسیدهای ته نشست شده یا به صورت  سایرنمک های غیر قابل حل و قابل استحصال توسط عوامل قوی مانند اکسالات آمونیوم.

5-    به صورت جزئی از ترکیب کانی های ثابت ثانویه.

همچنین توانایی جوامع گیاهی در جذب عناصر متفاوت است که آن ها را بر این اساس به گروه های مختلف زیر تقسیم می کنند (Brooks, 1972) :

الف) جوامع گیاهی کلسیم خواه

ب) جوامع گیاهی نمک خواه

ج)جوامع گیاهی سلنیم خواه

د) جوامع گیاهی سرپانتین خواه

ه) جوامع گیاهی روی خواه

الف) جوامع گیاهی کلسیم خواه:

گیاهان کلسم خواه حاوی ژیپس، آهک و دولومیت به خوبی رشد می کنند. در چنین زمین هایی مقدار کانی کلسیت یا دولومیت بیش از 80 درصد است. معمولأ خاک های تشکیل شده در این محیط ها را که منشا آهکی – دولومیتی دارند، خاک های کلسیک می گویند. اصولأ سازند های آهکی محیط مناسب برای ایجاد آبراهه ها و نفوذ آب و هادی خوبی برای آب و حرارت هستند و معمولأ دارای اجزای کلوئیدی هستند. بنابراین گیاهان مخصوص مناطق خشک در این مناطق کلسیک با چنین ویژگی هایی حالت مقاوم پیدا می کنند. معمولأ در این جوامع گیاهانی مانند کرب، دربین، برگ نو، اقاقیا و فتوکا دویریسیکا رشد می کنند (یزدی،1372).

ب) جوامع گیاهی نمک خواه :

گیاهان نمک خواه در خاک های دارای املاح نسبتأ زیاد رشد می کنند که حاوی ترکیباتی مانند نمک، کربنات سدیم، سولفات سدیم و ژیپس هستند. این خاک ها را خاک شور نیز می گویند که در نزدیکی مناطق خشک و کویری مانند کویر مرکزی ایران و حاشیه دریاچه نمک قم، یافت می شود.

ج) جوامع گیاهی سلنیم خواه :

گیاهان سلنیم خواه در طول رشد خود تمایل به جذب عنصر سلنیم (Se) دارند و معمولأ در خاک های حوالی کانسار اورانیوم رشد می یابند. معمولأ در آب و هوای مرطوب عنصر سلنیم یک ترکیب بازی با عنصر آهن تشکیل می دهد که غیر قابل حل است و در خاک می ماند و گیاه نمی تواند آنرا جذب نماید. در چنین محیطی برای اکتشاف عنصر سلنیم بهتر است از روش ژئوشیمیایی اکتشافات ژئوشیمیایی استفاده کرد. از این گیاهان به عنوان گیاه معرف برای اکتشاف اورانیوم در سنگ های رسوبی نیز استفاده می شود. وجود کانی کارنولیت [K₂(UO₂)₂(VO₄).3H₂O] که حاوی مقدار زیادی سلنیم است، عامل اصلی افزایش سلنیم در خاک ها و سنگ های رسوبی می شود. در چنین خاک هایی گیاهان سلنیم خواهی مانند گون، اونوپسیس، یک گونه از گل مینا، آسترر اکسیلوریزا و استنلیا رشد می کنند.

د) جوامع گیاهی سرپانتین خواه :

گیاهان سرپانتین خواه درواحدهای سنگی حاوی کانی سرپانتین رشد می کنند. این نوع سنگ ها غنی از عناصری مانندFe,Cr,Ni,Mg و فقیر از عناصری مانند Ca هستند و با نسبت زیاد مشخص      می شوند. بنابراین گیاهانی که روی این سنگ ها رشد می کنند باید توانایی استخراج کافی عنصر Ca را از این سنگ ها داشته باشند و نسبت Mg/Ca نیز در آنها زیا د باشد. همچنین این گیاهان باید بالا بودن غلظت عناصری مانند Cr  و Ni را بتوانند تحمل کنند. معمولأ در نواحی پوشیده از سنگ های سرپانتینیتی عالبأ گونه های کاج، خزه ها، گلسنگ ها، سرخس ها ، جنس های معینی از درخت غاز، چیکرود و خانواده گاوزبان رشد می کنند. گونه های مختلف گیاهی مانند کاج در مناطق سرپانتینیتی کوتاه قدند که از آن برای اکتشاف کانسارهای کرومیت می توان استفاده کرد (یزدی، 1372).از گیاهان دیگر گروه سرپانتین خواه می توان از گیاهانی چون  آلیسوم برتولونی، سافروتیکوزوم، افیولیتیکا، سراتیوم آرونس، مینوارتیا لاریسیفولیا، بیسکو تلا لاویگاتا و پرینز را نام برد. خاک های سرپانتینیتی معمولأ محل رشد چنین گیاهانی و محل تجمع عناصری مانند Mg,Ni,Cr,Co,Ca,K,P هستند. از این میان گیاه آلیسوم برتولونی یکی از گیاهان جمع کننده قوی نیکل محسوب می شود (Lombini et al,1998).

ه) جوامع گیاهی روی خواه :

گیاهان روی خواه در واحد های سنگی حاوی کربنات و سیلیکات روی رشد می کنند. جوامع گیاهی این مجموعه در مناطقی یافت می شوند که کانی سازی سولفیدی وجود داشته باشد. از آنجا که روی (Zn) عنصر اصلی و شاخص در این مجموعه گیاهی است، بدین نام معروف شده است. عنصر روی (Zn) یک عنصر اساسی در سوخت و ساز گیاهان است و اگر در سنگ های یک منطقه سنگ های حاوی عنصر روی مانند اسفالریت داشته باشیم ، گیاهان روی مورد نیاز خود را به دست می آورند. معمولأ کانی هایی مانند اسفالریت سریعأ هوازده و متلاشی می شوند، بنابراین عنصر روی (Zn) به سهولت در دسترس گیاه قرار می گیرد. این عنصردر گیاهانی مانند گلسنگ ها نیز به خوبی تجمع می یابد. بنابراین برای اکتشاف کانسارهای مدفون حاوی روی (Zn) نمونه برداری از این نوع گیاهان بسیار مفید است. عنصر روی معمولأ متحرک است و در کانی های رسی موجود در خاک نیز به راحتی تمرکز می یابد و سپس می توان با گیاهانی مانند کالامینریای بنفش به راحتی جذب شود. این نوع گیاه در اروپا بیشتر یافت می شود.

استفاده از روش بیوژئوشیمیایی برای اکتشاف عنصر روی کاربرد دارد، اما برای عنصر سرب مفید نیست. اگرچه عنصر سرب (Pb) معمولأ همراه عنصر روی در طبیعت یافت می شود، از نظر ژئوشیمیایی نسبتأ غیر متحرک است. بدین جهت این عنصر به راحتی در سطح رسوبات سریعأ ته نشین یا جذب مواد آلی می شود و بنابراین به ندرت به ریشه گیاه می رسد. البته در یک محیط آب و هوای قاره ای (محیط شیمیایی کلریدی) عنصر سرب (Pb) نسبتأ متحرک می شود و می تواند جذب گیاهان شود. در چنین مناطقی می توان از این شیوه برای اکتشاف سرب نیز سود جست.

مقدار جذب عناصر شیمیایی در بخش های مختلف اندام گیاهی تفاوت می کند که به ترتیب اهمیت به قرار زیر است ( از راست به چپ):

ریشه – تنه – شاخه – پوست – میوه – بوته – برگ – دانه

مقدار خاکستر حاصل از سوزاندن اجزاء نیز به همین ترتیب است، یعنی مقدار عنصر موجود در خاکستر ریشه بیش از همه بخش های دیگر است. برخی از عناصر در بخش های مختلف گیاه به صورت خاصی تمرکز می یابند. مثلأ غلظت عنصر آرسنیک (As) در ساقه گیاه داگلاس نسبت به بخش های دیگر آن زیادتر است. تغییرات فصلی نیز در جذب فلزات توسط گیاهان تاثیر دارد. مثلأ جذب فصلی فلزات در ترکه گیاهان کمتر از برگ ها، میوه ها و سایر بخش های آنهاست. حتی مقدار جذب هر عنصر با عنصر دیگر در گیاه فرق می کند.

میزان جذب عناصر به عمق نفوذ ریشه گیاه در خاک بستگی دارد که با سطح ایستابی آب های زیر زمینی مرتبط است. بر این اساس گیاهان را به 3 گروه تقسیم می کنند:

الف ) فراتوفیت ها  ب ) گزروفیت ها  ج) مزوفیت ها

الف ) فراتوفیت ها  :

فراتوفیت ها گیاهانی هستند که آب را از بخش اشباعی خاک به صورت مستقیم و یا به شکل جذب مویینه استحصال می کنند. فراتوفیت ها معمولأ گیاهانی با ریشه عمیق هستند که معمولأ آب را از عمق 1 تا 5/1 متر و گاهی حتی از عمق 4 تا 5 متر جذب می کنند. به همین دلیل این گیاهان می توانند برای اکتشاف کانسارهای نسبتأ عمیق مفید باشند.

ب ) گزروفیت ها  :

گزروفیت ها گیاهانی هستند که ریشه خیلی عمیقی ندارند و به سطح آب زیرزمینی معمولأ نزدیک نیستند و اغلب با آب باران تغذیه می شوند. به همین دلیل این گیاهان نمی توانند برای اکتشاف کانسارهای عمیق مفید باشند.

ج) مزوفیت ها :

مزوفیت ها معمولأ گیاهانی بیابانی هستند و عمق ریشه آنها بین دو گروه اول و دوم قرار دارد. به همین دلیل رشد آنها به سطح آب زیرزمینی بستگی ندارد. این گیاهان برای اکتشاف کانسارهای عمیق مناسب نیستند و اغلب برای پی جوئی کانسارهای سطحی می توانند مفید باشند.

در زمان های متفاوت میزان جذب عناصر نیز در گیاهان فرق می کند. معمولأ جذب عناصر در طول دوره رشد گیاهان بیشتر از زمان های دیگر است. معمولأ در بهار و تابستان که دوره رشد گیاه است، مقدار این جذب حداکثر است. اصولأ در سال های اول و دوم گیاهان از سرعت رشد زیادی برخوردارند و بیشترین جذب نیز در همین دوره سنی گیا صورت می گیرد. همچنین عواملی مانند سن گیاه، زاویه تابش نور آفتاب، رطوبت نسبی و… نیز در این مورد نقش دارند.

عناصر و نقش آنها در رشد جوامع گیاهی :

در روش اکتشافات بیوژئوشیمیایی اساس مطالعات اکتشافی بر مبنای میزان رشد گیاه و عناصر در برگیرنده گیاه است. جوامع گیاهی به عواملی مانند PH خاک، نوع خاک، مواد غذایی و شرایط اقلیمی بستگی دارد. هر قدر مقدار PH خاک کمتر باشد، شرایط احیایی در خاک کمتر ( شرایط اسیدی بیشتر) است و در این حالت مقدار انحلال فلزات زیاد و درنتیجه جذب عناصر بیشتر است. همچنین مقدار اکسایش عناصر در خاک با توجه به مقدار PH  و Eh محیط تغییر می کند. مثلأ آهن در حالت Fe⁺² قابل جذب در گیاه است. از آنجا که مقدار آهن موجود در خاک در شرایط معمولی به صورت Fe⁺³ است؛ در شرایط بالا بودن PH خاک، آهن با گرفتن یک الکترون به Fe+2 تبدیل می شود         

                            (Fe⁺³ + e —>2Fe⁺²). به هر حال عناصر یا در حالت اکسایش و یا در حالت احیایی جذب گیاهان می شوند.