Transpiratsioon: taimede veeaurumine, protsess, põhjused ja tähtsus

Transpiratsioon on vee aurumine taimedest, eriti lehtedest. See on üks translatsiooni liike ja osa veeringlusest. Taime veekadu sõltub taime suurusest, valguse intensiivsusest, temperatuurist, niiskusest, tuule kiirusest ja mulla veevarustusest.

Transpiratsiooni töötas esimesena välja inglise vaimulik Stephen Hales (17. september 1677 - 4. jaanuar 1761). Ta tõestas seda, mida siiani arvatakse, et veemolekulide aurustumine lehtedest on peamine jõud, mis tõmbab veesammast ülespoole selle juurest.

Mis on transpiratsioon ja miks see toimub

Transpiratsioon on taime kaudu toimuv vee kadumine auruna atmosfääri. See tekib peamiselt lehtede stomaatide (suletud avatav poor) kaudu, aga osa aurub ka lehe vahast (kutikula) ja mõnel puul läbi õisikutest (lenticellid). Transpiratsiooni peamised põhjused on:

• valguse mõjutus fotosünteesi ja stomaatide avanemisele;
• temperatuuri tõus, mis suurendab veeaurustumist;
• madal õhuniiskus ehk suur veeauru rõhuerinevus lehe sisemise õhuruumi ja välisõhu vahel;
• tuul, mis eemaldab lehe ümbert õhukihi, soodustades aurustumist;
• juurtega võetud vee olemasolu — taimed ei saa transpiratsiooni jätkata, kui juured ei suuda vett varustada.

Kuidas transpiratsioon toimib

Vesi imendub juurtega mullast ja liigub läbi varre ja lehtedesse xüleemi kaudu kapillaarjõudude, adhesiooni ning cohesion-tension (koherentsus-tingimuspinge) mehhanismi toimel. Lehe sisevees tekib madalam rõhk (negatiivne veepotentsiaal) seoses vee aurustumisega stomaatidest, mis "tõmbab" vett allikast üles. Stomaatide avanemist kontrollivad guard-rakud vastavalt valgusele, CO2 kontsentratsioonile ja taime hüdraatusele.

Tüübid

• Stomaadne transpiratsioon – suurim osa transpireeruvast veest läheb läbi stomaatide. See on regulatiivne ja sõltub stomaatide avatusest.
• Kutikulaarne transpiratsioon – aurumine läbi vahakihi ja epidermise; tavaliselt väiksem kui stomaatiline transpiration, kuid tähtis kuiva või kahjustatud pinnaga tingimustes.
• Lentikellaarne transpiratsioon – imisioonid koore ja õisikutega taimede puhul; üldiselt vähem oluline kui kaks esimest.

Mõjutegurid

• Valgus: suurendab stomaatide avanemist ja fotosünteesi vajalikkust CO2 jaoks, seega tõstab transpiratsiooni;
• Temperatuur: iga kraad tõstab veeauru rõhku ja kiirendab aurustumist;
• Õhuniiskus (VPD): madalam suhteline niiskus suurendab veeauru kontsentratsioonide vahet lehe ja välisõhu vahel;
• Tuul: eemaldab lähedal oleva niiske õhukihi ja suurendab transpordi;
• Mulla veevarustus: kuivus sulgeb stomaatid ja vähendab transpiratsiooni;
• Taimeomadused: lehe pindala, struktuur, vahakiht, stomaatide tihedus, C3/C4/CAM metabolism ja füsioloogiline seisund.

Mõju taime füsioloogiale ja keskkonnale

Transpiratsioonil on mitmeid olulisi rolle:

• Temperatuuriregulatsioon: vee aurustamine jahutab lehti ja aitab vältida liigset soojuskahjustust;
• Transpordi ja toitenõud: vee liikumine kannab lahustunud mineraale juurtest lehtedesse;
• Gaasivahetus: stomaatide kaudu toimub ka CO2 sisenemine fotosünteesiks ning O2 väljutamine;
• Maa- ja kliimasüsteemid: suured taimestike pindalad mõjutavad lokaalset ja regionaalset niiskust, pilvisust ja kliimat — metsade kõrge transpiratsioon muudab hüdroloogiat ja energiabilanssi.

Mõõtmine ja hindamine

Transpiratsiooni uurimiseks ja mõõtmiseks kasutatakse mitmeid meetodeid:

• Potomeeter: lihtsustatud katseamplifikatsioon taimede veevoolu määramiseks;
• Poromeeter ja stomataadikonduktomeeter: stomaatide avatusest põhjustatud gaasivoo määramiseks;
• Lüsimeeter: põllul või uuritud alal kogutav kaalumuutus, et hinnata kogu taimkatte vee kasutust;
• Gaasivahetussüsteemid: täpsed laboriaparaadid leaf-level mõõtmiseks (E, gs, fotosüntees);
• Satelliit- ja kaugseire: piirkondlik transpiration estimatsioon NDVI ja muudest andmetest.

Adaptatsioonid ja põllumajanduse tähtsus

Taimes on mitmeid kohastumusi vee säästmiseks: paksud vahakiired, sunken stomata, lehe rullumine, vähendatud lehepind ja metaboolsed skeemid nagu CAM ja C4, mis vähendavad veekadu. Põllumajanduses on transpiratsioon oluline taimede veevajaduse ja niisutusskeemide planeerimisel — efektiivne veekasutus (WUE, water use efficiency) on paljude kultuuride valdkonnas keskne eesmärk.

Ajalooline taust

Nagu mainitud, oli Stephen Hales üks esimesi teadlasi, kes mõõtsid taimede veekaotust ja seletas, et aurustumine lehtedest mängib tähtsat rolli vee tõmbamisel juurtest üles. Hiljem täienesid teooriad (näiteks cohesion-tension idee) ja tänapäeval kombineeritakse anatoomilisi, füsioloogilisi ja atmosfäärilisi vaatenurki, et mõista transpiratsiooni komplekssust.

Transpiratsioon on seega põhiprotsess, mis ühendab taime sise- ja väliskeskkonna: see reguleerib vee- ja toitaineid, mõjutab fotosünteesi ja aitab kujundada nii kohalikke kui ka globaalset veeringlust.

Otsing