Статья

Название статьи МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОДЪЕМА ВОДЫ В КАПИЛЛЯРЕ ПРИ НАЛИЧИИ В НЕМ ПОПЕРЕЧНЫХ СПЛОШНЫХ И ПЕРФОРИРОВАННЫХ ПЕРЕГОРОДОК
Автор И. А. Кипнис, Ю. М. Вернигоров
Рубрика РАЗДЕЛ II. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
Месяц, год 08, 2017
Индекс УДК 581.1
DOI 10.23683/2311-3103-2017-8-88-97
Аннотация В большинстве публикаций, связанных с писанием подъема воды в растениях не учитывается строение ксилемы, обеспечивающей подъем и распределение воды. Сосуды лиственных растений формируются из пористых трахеид, форма которых влияет на образование простых либо лестничных и эфедроидных перфорационных пластинок. Перфорационные пластинки находятся на концах сосудов и связывают их между собой. Перегородки повернуты в пространстве на некоторый угол друг относительно друга. В работе впервые описана модель подъема воды в вертикальном капилляре с поперечными сплошными и перфорированными перегородками. Показано, что наличие наклонных перфорационных перегородок обеспечивает большую площадь перфораций. Произведена оценка угла наклона лестничных перфорированных перегородок к горизонтали для разных радиусов капилляра и показано, что углы наклона находятся в пределах от 550 до 880. При этом площади перегородок могут быть от 2 до 28 раз больше площади поперечного сечения капилляров, что даёт возможность в этой же пропорции увеличить площадь, занимаемую перфорацией и снизить сопротивление продвижению воды. При углах наклона перфорированных перегородок близких к 900 вода в капилляре поднимается, как в обычном капилляре с внутренней продольной вертикальной прозрачной для воды перегородкой. Показано, что различная пространственная ориентация перегородок приводит к увеличению высоты подъема воды в капилляре. Получено аналитическое выражение оценки влияния перфорированных перегородок на высоту подъема воды в ксилеме, что позволяет объяснить реальный подъем воды в лиственных деревьях, который в действительности во много раз выше, чем рассчитанный по классической формуле Жюрена. Показано, что с увеличением непрозрачной площади перегородки, уменьшением угла ее наклона и высоты расположения относительно поверхности воды высота подъема воды увеличивается. Система перегородок в ксилеме растений, как и любая открытая система, проявляет свойство мультипликативности: действие каждой из подсистем (каждой перегородки) суммируется.

Скачать в PDF

Ключевые слова Растение; ксилема; сосуд; капилляр; модель
Библиографический список 1. Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. – М.: Высшая школа, 2006. – 742 с.
2. Zeiger T., Lond E. Plant Physiology. – 3rd Edition, Sinauer Associated, Inc.Sunderland, MA, 2002. – 690 p.
3. Якушкина Н.И., Бахтенко Е.Ю. Физиология растений. – М.: Гуманитарный изд. Центр ВЛАДОС, 2005. – 460 с.
4. Крамер П.Д., Козловски Т.Т. Физиология древесных растений. – М.: Лесная промышленность, 1983. – 464 с.
5. Myburg A.A., Sederoff R. Xylem Structure and Function. Encyclopedia of life science. – Nature, Publishing Group, 2001. – P. 1-9.
6. Зитте П. [и др.]. Ботаника: пер. с немецкого. – М.: Изд. центр «Академия», 2008. – 367 с.
7. Лотова, Л.И. Ботаника. Морфология и анатомия высших растений. – 4-е изд. доп. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2010. – 512 с.
8. Pfautsch S., Renard J., Tjoelker M.G., Salih A. Phloem as Capacitor: Radial Transfer of Water into Xylem of Trees Stems Occurs via Symplastic Transport in Ray Parenchyma // Plant Physiology. – March 2015. – Vol. 167, No. 3. – P. 963-971.
9. Borghetty M., Grace J., Raschi A. Water transport in plant under climatic stress. – Cambridge University Press, Cambridge, 1993. – 300 p.
10. Harvay B.R. The theory of the rise of sap in trees: Some historical and conceptual remarks // Physics in Perspective. – 2013. – Vol. 15. – P. 320-358.
11. Кипнис И.А., Вернигоров Ю.М. Подъем воды в ксилеме растений с трахеидальной проводимостью // Вестник Донcкого государственного технического университета. – 2015. – № 2 (81). – C. 117-125.
12. Шеин Е.В. Курс физики почв. – М.: МГУ, 2005. – 432 с.
13. Теория и методы физики почв: коллективная монография / под ред. Е.И. Шеина и
Л.О. Карпачевского. – М.: Гриф и К, 2007. – 616 с.
14. Вернигоров Ю.М., Кипнис И.А. Математическое моделирование распределения жидкости в ветвящихся капиллярных системах // Вестник Донского государственного технического университета. – 2010. – Т. 10, № 8 (51). – С. 1195-1206.
15. Кипнис И.А., Вернигоров Ю.М. Механизм продвижения воды в капиллярах ксилемы растений // Вестник Донского государственного технического университета. – 2014.
– Т. 14, № 3 (78). – С. 78-88.
16. Уголев Б.Н. Древесиноведение и лесное товароведение: учебник для студ. сред. проф. образования. – 3-е изд., стер. – М.: Изд. центр «Академия», 2010. – 272 с.
17. Тимонин А.К. Ботаника: в 4 т. Т. 3. Высшие растения: учебник для вузов. – М.: Изд. центр «Академия», 2007. – 352 с.
18. Вернигоров Ю.М., Кипнис И.А. Капиллярная модель древесных стволов // Вестник Донского государственного технического университета. – 2012. – № 6 (67). – С. 24-40.
19. Де Жен, П.Ж. Смачивание: статика и динамика // Успехи физических наук. – 1987 .
– Т. 151. – Вып. 4. – С. 619-681.
20. Кирколуп Е.Р. Разработка устройств для исследования свойств жидкости в капиллярной гидродинамике: дисс. … канд. техн. наук. – Барнаул, 2008. – 146 с.

Comments are closed.