Посудин укр

змочування стінки рідиною. Розглянемо капіляр, занурений у змочуючу рідину.

Рис.18.7 Провідни елементи ксилеми та флоеми

Сили притягання, які виникають між молекулами рідини і капіляра, примушують рідину підійматися по стінці капіляра, що призводить до викривлення поверхні рідини та утворення негативного тиску. Внаслідок цього рідина підіймається по капіляру доти, поки гідростатичний тиск не зрівноважить додатковий тиск. Умову рівноваги можна описати за виразом:

де − густина рідини; R – радіус кривизни меніска; g – прискорення вільного падіння; h – висота, на яку підіймається рідина. Звідси можна визначити висоту піднімання рідини:

214

радіуса R трубки та обернено пропорційний довжині трубки l і коефіцієнту в’язкості рідини

де Jв об’ємна швидкість течії рідини; V об’єм рідини. Узагальнена форма закону Пуазейля матиме вигляд:

де LV – феноменологічний коефіцієнт.

З рівняння ( 18.11 ) видно, що об´ємний потік суттєво залежить від радіуса трубки: якщо збільшити радіус удвічі, швидкість об´ємного потоку води збільшиться у 24 = 16 разів. Таким чином, керований градієнтом тиску об´ємний потік води є домінуючим механізмом руху води на великі відстані.

18.10. Флоема

Під час фотосинтезу відбувається перетворення світлової енергії на хімічну, яке супроводжується утворенням вуглеводів з вуглекислого газу. Хоча невелика кількість сполук вуглецю або фотоасимілятів іде на забезпечення процесів росту та метаболізму листя, основна кількість передається нефотосинтетичним органам та тканинам. Процес транспортування фотоасимілятів на довгі відстані називається транслокацією. Розподіл більшості органічних речовин (у першу чергу – фотоасимілятів) по рослині здійснюється завдяки флоемі – другої провідної системи рослини. Флоема являє собою тканину, що складається з кількох типів клітин. Але на відміну від ксилеми провідні елементи флоеми містять протоплазму (див. рис. 18.7. Ці провідні елементи називають ситоподібними клі-

тинами або ситоподібними трубками. Вони з´єднані в єдиний ланцюг,

який утворює транспортування органічних речовин. Розчинені речовини переміщуються по флоемі – продукти фотосинтезу рухаються від листя до кореневої системи, тоді як цукри у протилежному напрямку − від кореневої системи до верхівки рослини.

Механізми транслокації по флоемі. Будь-яка теорія, яка б могла пояснити механізми транслокації фотоасимілятів та органічних речовин по флоемі, повинна враховувати та пояснювати структуру ситоподібних

216

елементів флоеми, високу (50−250 см/г) швидкість транслокації на великі відстані, одночасне транспортування речовин у протилежних напрямках, початковий процес перенесення асимілятів з мезофільних клітин листка до ситоподібних елементів флоеми (завантаження флоеми), транспортування асимілятів по ситоподібних елементах та остаточне перенесення асимілятів із ситоподібних елементів до клітин органів, в яких во-

ни накопичуються (розвантаження флоеми).

Найвірогіднішою вважається гіпотеза потоку під тиском (Е. Münch, 1930), яка базується на перенесенні маси розчиненої речовини від джерела до органів, де вона накопичується, за рахунок градієнта гідростатичного (тургорного) тиску в ситоподібних елементах (див. рис. 18.7. Завантаження флоеми відбувається завдяки транспортуванню цукрів від мезофілу через тонкі пучки, серединну жилку та листовий черешок до ситоподібних елементів флоеми. Збільшення концентрації розчинених речовин у цих елементах призводить до зменшення водного потенціалу та відповідного осмотичного поглинання води з сусідньої ксилеми. Гідростатичний (тургорний) тиск на цьому кінці флоеми збільшується. В той же час, на протилежному кінці флоеми цукри покидають флоему, а вода повертається в ксилему. Тиск зменшується, а в цілому вздовж флоеми утворюється градієнт тиску, який обумовлює потік рідини від листя до коріння. Цей градієнт описується законом Пуазейля.

18.11. Вимірювання потоків соку

Сік – це рідина, що транспортується в ксилемі через трахеїди та судини або у флоемі через ситоподібні трубки. Ксилемний сік містить воду та мінеральні солі, а флоемний – воду та цукри.

Потік соку вимірюється у літрах, що проходять протягом дня. Процес вимірювання потоку соку важливий з точки зору оцінювання водного балансу рослини та визначення загальної швидкості використання води рослиною (зазвичай деревом).

Всі основні методи вимірювання потоків соку базуються на нагріванні транспіраційного потоку з подальшим визначенням швидкості поширення теплоти вздовж стовбура.

Одним з поширених є метод теплової дисипації, який був запропонований А. Граньє у 1985 році. Суть методу полягає у зануренні у стовбур дерева двох пустотілих голок, які містять термопари – робочу та опорну (рис. 18.9). Одна голка (з робочою термопарою) має нагрівник,

217

завдяки якому утворюється потік теплоти. Швидкість потоку соку F визначається за виразом:

де Sa – площа потоку на висоті вимірювання; Tm – максимальна різниця температур, отримана вночі, коли потік соку відсутній; Td – дійсна різниця температур вдень.

Нагрівач Термопара

Стовбур

Верхня голка

Опорна

термопара

Рис. 18.9. Сенсор Граньє

Сенсори Граньє характеризуються невисокою вартістю, механічною міцністю та надійністю.

18.12. Перенесення води під час ремедіації

Утримання забруднювачів. Для іммобілізації забруднювачів застосовують гідравлічні бар’єри. Принцип дії гідравлічного бар’єра полягає у маніпулюванні водним тиском, який утворюється внаслідок додавання або вилучання води. Ключовим моментом цієї технології є можливість окреслити та зафіксувати зону забруднення з метою її захоплення, що здійснюється за допомогою системи траншей або колодязів. У такій дренажній системі забруднена вода збирається та відкачується (рис. 18.10).

218

Можливо застосування колодязів, в яких утворюється підвищений тиск, з метою обмеження поширення забруднених вод. Глибина гідравлічних бар’єрів досягає 50 м, а периметр мож простиратися до кількох кілометрів.

Накачування та обробка. Поширеним є метод накачування та об-

робки забруднених ґрунтових вод. Забруднена вода відкачується для подальшої обробки, тоді як замість неї у забруднену зону накачується чиста вода (рис. 18.11).

Замість води у грунт може накачуватися повітря; оскільки в’язкість повітря менша, ніж води, такий метод вимагає менше енергії і є менш коштовним.

219

•Фітостабілізація зменшення рухомості субстанцій у навколишньому середовищі.

•Фітоперетворення хімічна модифікація субстанцій навколишнього середовища внаслідок рослинного метаболізму (обміну речовин) завдяки інактивації, деградації або іммобілізації цих субстанцій.

•Фітостимуляція збільшення активності мікроорганізмів у грунті, що призводить до деградації забруднювачів.

•Фітоволатилізація (від лат. volatilis леткий, швидкий) вилучення субстанцій з грунту або води з їх подальшим перетворенням у менш отруйні субстанції.

•Ризофільтрація фільтрація води, що проходить через кореневу масу з вилученням токсичних субстанцій, або залишку поживних речовин; забруднювачі поглинаються корінням.

Деякі типи фіторемедіації наведекно на рис. 18.12.

Рис. 18.12. Деякі типи фіторемедіації: 1 – фітоекстрагування;

2 – фітотрансформація; 3 – фітоволатилізація Як приклади таких рослин, що здатні здійснювати фіторемедіацію,

можна навести соняшник (Helianthus annuus), який вилучає арсен, або цукровий буряк (Beta vulgaris), який екстрагує хлорид натрію, що накопичується у сільськогосподарських угіддях внаслідок їх затоплення морською водою.

221