Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980609910.12737/11608Процессы и машины агроинженерных системPROCESSES AND MACHINES OF AGRO-ENGINEERING SYSTEMSПроцессы и машины агроинженерных системWater rise in the xylem of plants with tracheidal conductanceПодъем воды в ксилеме растений с трахеидальной проводимостьюКипнисИосиф АншелевичKipnisIosif Аншелевичikipnis@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8557-3670ВернигоровЮрий МихайловичVernigorovYuriy Mihailovichjvernigorov@dstu.edu.ru
доктор технических наук;
doctor of technical sciences;
Донской государственный технический университетDon State Technical University3006201530062015152117125https://naukaru.ru/en/nauka/article/6099/view
Целью работы является моделирование процесса движения
воды в ксилеме растений с учетом гидравлических потерь на
одиночной окаймленной поре с торусом, а также на совокупности пор. При этом учитывается, что, как следует из ряда публикаций, корневое давление не является механизмом, обеспечивающим подъем воды в растениях. Модельное представление построено в предположении, что основной причиной подъема воды в растениях является поверхностное натяжение в мениске капилляра ксилемы. При этом необходимо учитывать особенности строения ксилемы хвойных и лиственных деревьев. Уравнение для расчета подъема воды в капилляре ксилемы растений с трахеидальной проводимостью выведено с учетом
анатомического строения трахеид и окаймленных пор. Уравнение позволяет определить изменение гидравлических потерь при движении воды через одиночную окаймленную пору и через их совокупность с учетом ориентации последних. Модель позволила рассчитать высоту подъема воды в капиллярах ксилемы. Показано, что увеличение диаметра полости трахеиды и диаметров окаймленной поры и торуса при прочих равных условиях приводит к росту гидравлических потерь.
The work objective is a water movement modeling in the plant
xylem allowing for the hydraulic loss on a single bordered pit
torus, as well as on the pore population. However, as it follows
from a number of publications, root pressure is not a mechanism
providing water rising in plants. A model representation is based
on the assumption that the main reason for rising water in plants
is the surface tension in the meniscus of the xylem capillary. At
this, it is necessary to take into account the xylem structure fea-tures of the needle-leaved and broadleaved trees. The equation to
calculate the water rise in the xylem capillary of plants with tra-cheidal conductance is derived with account for the anatomy
structure of the tracheids and bordered pores. The equation allows
determining the change in the hydraulic losses in the movement
of water through a single bordered pore and through the pore
population taking into account the orientation of the latter. The
model allows calculating the height of the water rise in the xylem
capillary. It is shown that an increase in the diameter of the tra-cheid cavity and in the diameters of the bordered pore and torus,
ceteris paribus leads to the rising of the hydraulic losses.
Введение. Наличие вертикального восходящего потока воды в ксилеме растений объясняется действием силы по-верхностного натяжения воды в менисках капилляров [1]. При объяснении подъема воды в капилляре радиуса r на высоту h традиционно рассматривают погруженный в воду стеклянный вертикальный капилляр и записывают условие равенства двух сил:— силы, обусловленной весом столба воды в капилляре Р, направленной вертикально вниз,—силы поверхностного натяжения воды в мениске капилляра Fн, направленной вверх.Уравнение равновесия этих сил для цилиндрического капилляра записывается в видеР = Fн ↔ πr2 hρg = 2π r σ cos α, (1)где ρ, g, α, σ — соответственно плотность воды, ускорение свободного падения, угол смачивания и коэффициент по-верхностного натяжения воды.
Кипнис, И. А. Механизм продвижения воды в капиллярах ксилемы растений / И. А. Кипнис, Ю. М. Вернигоров // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. - 2014. - Т. 14, № 3 (78). - С. 78-88.Kipnis, I.A., Vernigorov, Y.M. Mekhanizm prodvizheniya vody v kapillyarakh ksilemy rasteniy. [Mechanism of promotion of water in the xylem capillaries plants.] Vestnik of DSTU, 2014, vol. 14, no. 3 (78), pp.78-88 (in Russian).Шеин, Е. В. Курс физики почв / Е. В. Шеин. - Москва : МГУ, 2005. - 432 с.Shein, E.V. Kurs fiziki pochv. [Soil Physics Course.] Moscow: MSU, 2005, 432 р. (in Russian).Малиновский, В. И. Физиология растений / В. И. Малиновский. - Владивосток : Издательство ДВГУ, 2004. - 109 с.Malinovsky, V.I. Fiziologiya rasteniy. [Plant Physiology.] Vladivostok: Izdatel´stvo FESU, 2004,109 p. (in Rus-sian).Кузнецов, В. В. Физиология растений / В. В. Кузнецов, Г. А. Дмитриева. - 2-е изд., перераб. и доп. -Москва : Высшая школа, 2006. - 742 с.Kuznetsov, V.V., Dmitriyeva, G.A. Fiziologiya rasteniy. [Plant Physiology.] 2nd, revised. and enl. ed. Moscow: Vysshaya shkola, 2006, 742 p. (in Russian).Ботаника. Учебник для педагогических институтов и университетов. В 2 т. Т. 1. Анатомия и морфология / Л. И. Курсанов [и др.]. - 5-е. изд., перераб. - Москва : Просвещение, 1966. - 423 с.Kursanov L.I., et al. Botanika. Uchebnik dlya pedagogicheskikh institutov i universitetov. V 2 t. T. 1. Anatomiya i morfologiya. [Botany (in two volumes). Vol. 1. Anatomy and morphology. For pedagogical institutes and universities.] 5th rev. ed. Moscow: Prosveshchenie, 1966, 423 р. (in Russian).Клеточная биология. Анатомия. Морфология. Учебник для вузов / под ред. А. К. Тимонина, В. В. Чуба. - Москва : Академия, 2008. - 368 с.Timonina, A.K., Chub, V.V. Botanika: uchebnik dlya vuzov v 4 t.; t. 1. Kletochnaya biologiya. Anatomiya. Mor-fologiya. Uchebnik dlya vuzov. [Botany: Textbook for universities in 4 volumes. Vol.1. Cell Biology. Anatomy. Morphology.] Moscow: Akademiya, 2008, 367 р. (in Russian).Уголев, Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение / Б. Н. Уголев. - 3-е изд., стер. - Москва : Академия, 2010. - 272 с.Ugolev, B.N. Drevesinovedenie i lesnoe tovarovedenie. [Wood Technology and Forestry Science.] 3rd ed., reim-pression. Moscow: Akademiya, 2010, 272 p. (in Russian).Крамер, П.-Д. Физиология древесных растений / П.-Д. Крамер, Т.-Т. Козловски. - Москва : Лесная промышленность, 1983 - 464 с.Kramer, P.-D, Kozlowski, T.-T. Fiziologiya drevesnykh rasteniy. [Physiology of woody plants.] Moscow: Lesnaya promyshlennost´, 1983, 464 p. (in Russian).Якушкина, Н. И. Физиология растений / Н. И. Якушкина, Е. Ю. Бахтенко. - Москва : ВЛАДОС, 2005. - 463 с.Yakushkina, N.I., Bakhtenko, E.Y. Fiziologiya rasteniy. [Plant physiology.] Moscow: VLADOS, 2005, 463 p. (in Russian).Яворский, Б. М. Справочник по физике / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. - Москва : Наука, 1968. - 940 с.Jaworski, B.M., Detlef, A.A. Spravochnik po fizike. [Рhysics: Reference book.] Moscow: Nauka, 1968, 940 р. (in Russian).