Transpiraatio: kasvien veden haihtuminen lehdistä ja veden kierto
Transpiraatio: miten kasvien veden haihtuminen lehdistä säätelee veden kiertoa, kasvien fysiologiaa ja miten valo, lämpö ja kosteus vaikuttavat.
Transpiraatio on veden haihtumista kasveista, erityisesti lehdistä. Se on eräänlainen siirtyminen ja osa veden kiertokulkua. Kasvin menettämän veden määrä riippuu kasvin koosta, valon voimakkuudesta, lämpötilasta, ilmankosteudesta, tuulen nopeudesta ja maaperän vesimäärästä.
Transpiraation kehitti ensimmäisenä englantilainen pappi Stephen Hales (17. syyskuuta 1677 - 4. tammikuuta 1761). Hän todisti sen, mitä edelleen uskotaan, eli että vesimolekyylien haihtuminen lehdistä on päävoima, joka vetää vesipatsaan ylöspäin juurista.
Miten transpiraatio tapahtuu
Transpiraatio tapahtuu pääasiassa lehtien ilmarakojen (stomaatit) kautta. Lehdessä vedestä osa on soluissa ja osa solujen välisissä tiloissa; vesi haihtuu kosteusisestä soluseinien ja ilmarakojen välisestä tilasta ja siirtyy kaasumaisena ulkoilmaan konvektion ja diffuusion avulla. Tärkeimmät vaiheet ovat:
- Veden haihtuminen mesofyllin solujen pinnalta ja kerääntyminen ilmarakoon.
- Veden vesihöyryn diffuusio ilmarakon kautta ulos lehdestä.
- Transpiraatio aiheuttaa alipaineen (ns. transpiraatioveto) kasvin vesipatsaassa, mikä vetää vettä juurista ylöspäin xylem-putkissa.
Prosessia selittää parhaiten cohesion–tension-teoria: vesimolekyylit pysyvät yhdessä pintajännityksen ja koheesion avulla, ja haihtumisen aiheuttama jännitys (tension) siirtyy vesipatsaaseen, jolloin vesi nousee kasvin sisällä. Lisäksi osa veden menetyksestä tapahtuu kutikulan läpi (kutikulaalinen transpiraatio) tai varren ja juurien läpireittien kautta (esim. lenticellit).
Mihin transpiraatiolla on merkitystä
- Veden ja ravinteiden kuljetus: Transpiraatio luo imuvoiman, joka siirtää vettä ja siihen liuenneita ravinteita juurista lehtiin ja muihin kasvin osiin.
- Termoregulointi: Haihtuminen jäähdyttää lehtien pintaa ja suojaa ylikuumenemiselta.
- Kasvin kasvun säätely: Vaikutus solujen turgoriin eli nestejännitykseen, joka on tärkeää solujen laajentumiselle ja kasvin rakenteelle.
- Ekologinen ja hidrologinen rooli: Suuret kasvillisuuspinnat vaikuttavat paikalliseen ja alueelliseen vesikiertoon ja ilmastoon siirtämällä huomattavia määriä vettä ilmakehään.
Tekijät, jotka vaikuttavat transpiraatioon
Transpiraation voimakkuuteen vaikuttavat sekä ympäristö- että kasvin sisäiset tekijät:
- Ympäristötekijät: auringonvalo (säteilyn intensiteetti), lämpötila, ilman suhteellinen kosteus (ja höyrynpaine-ero eli VPD), tuulen nopeus ja maaperän vesipitoisuus.
- Kasvitekijät: lehtipinta-ala, stomaatin tiheys ja toimintatila (aukiasento), kutikulan paksuus, kasvin koko ja juuriston vedenottokyky.
- Fysiologiset sopeutumat: esimerkiksi C3-, C4- ja CAM-kasvien erilaiset fotosynteesitavat vaikuttavat stomaatin avaamisen ajoitukseen ja siten transpiraatioon.
Mittaaminen ja tutkimus
Transpiraatiota voidaan mitata tai arvioida useilla tavoilla:
- Potometri mittaa yksittäisen varren tai kasvin vedenottoa laboratoriokokeissa.
- Porometri tai stomatometri mittaa stomaatin kaasunvaihdon tai lehtipintojen läpi hengityksen nopeutta.
- Sap flow-antureilla mitataan veden virtausta varren sisällä luonnossa.
- Tutkimuksessa käytetään myös kaukokartoitusta ja isotoppi‑menetelmiä arvioimaan isompien alueiden vesihukkaa ja kasvien vesikäyttöä.
Sopeutumat ja käytännön merkitys
Kasvit säätelevät transpiraatiota mm. stomaatin sulkemisella kuivuuden aikana, paksummalla kutikulalla tai hankkimalla syvemmät juuret. Viljelyssä ja metsänhoidossa transpiraation ymmärtäminen on tärkeää kastelun ajoituksessa, lajivalinnoissa ja kuivuuden hallinnassa. Kuivuus- ja lämpöolosuhteiden muutokset ilmastossa voivat muuttaa kasvien transpiraatiokäyttäytymistä ja siten vaikuttaa maatalouden ja luonnonvesien vesitalouteen.
Yhteenvetona: transpiraatio on keskeinen fysiologinen prosessi, joka yhdistää kasvin vedenottomekanismit, ravinteiden kuljetuksen ja ilmastolliset vesikierron ilmiöt. Se on sekä yksilöllisen kasvin että ekosysteemin toiminnan kannalta olennainen.
Miten transpiraatio toimii
Lehtien pinnoilla on aukkoja, joita kutsutaan stomateiksi ja jotka toimivat pikemminkin kuin huokoset. Useimmissa kasveissa niitä on enemmän lehtien alapuolella kuin yläpuolella. Huokosia reunustavat suojasolut, jotka avaavat ja sulkevat huokoset. Transpiraatio tapahtuu, kun suojasolut avaavat suuaukot. Tällöin happi ja vesihöyry virtaavat ulos ja hiilidioksidi sisään. Hiilidioksidi käytetään fotosynteesissä, ja happea tuotetaan fotosynteesissä.
Myös transpiraatio vetää vettä kasvin läpi. Tämä tuo mukanaan kivennäisravinteet juurista versoihin. Vesi siirtyy lehdistä ilmakehään. Tämä aiheuttaa vesipatsaaseen vetovoimaa, joka nostaa vettä ylöspäin painovoimaa vastaan. Vesi pääsee kasviin juurista osmoosin avulla, ja se kuljettaa liuenneet kivennäisravinteet kasvin yläosiin kyleemin kautta. Täysikasvuinen puu voi menettää useita satoja litroja vettä lehtiensä kautta kuumana, kuivana päivänä. Noin 90 prosenttia kasvin juuriin pääsevästä vedestä käytetään tähän prosessiin.
Aavikkokasveilla ja havupuilla on sopeutumia, jotka vähentävät vesihukkaa. Esimerkkejä ovat paksut kynsinauhat, pienemmät lehtipinta-alat, upotetut huokoset ja karvat. Kaikki nämä vähentävät transpiraatiota ja säästävät vettä. Monet kaktukset tekevät fotosynteesiä mehukkaissa varsissa eikä lehdissä. Jopa paksun varren pinta-ala on paljon pienempi kuin puun lehtien kokonaispinta-ala. Lisäksi aavikkokasvien stomata on yleensä suljettu päivällä ja avattu yöllä, jolloin transpiraatio on vähäisempää.
Aiheeseen liittyvät sivut
Etsiä