A növények vízfelvételében a passzív vízfelvétel dominál. Az aktív vízfelvételnek csak a fejlődés kezdeti szakaszában van jelentősége. A fiatal, vakuólum nélküli sejtek vízfelvételét csak az anyagcsere-folyamatokkal összefüggő aktív vízfelvétellel tudjuk értelmezni. A fejlődés további szakaszaiban, vagyis a tenyészidő nagy részében a vízfelvétel alapja az ozmózis.

A vízfelvétel előfeltétele, hogy a talajoldat sókoncentrációja kisebb legyen, mint a gyökérsejtek koncentrációja. A sejtek telítődésével alakul ki a turgeszcens állapot. Ha a sejt nem teljesen telített vízzel, szívóerőt gyakorol, amely annál nagyobb, minél kisebb a sejt víztelítettsége, illetve minél nagyobb a sejtállomány koncentrációja. A kultúrnövények szívóereje általában 5–15 bar közötti érték, a sótűrő növények szívóereje azonban elérheti a 25 bart is.

A növények csak a szívóerőnél kisebb erővel kötött vizet képesek felvenni a talajból, a kapillárisvíz és a lazán kötött víz egy része hozzáférhető számukra. A higroszkópos vizet nem tudják hasznosítani, mivel ennek külső rétegei is mintegy 50 barnak megfelelő szívóerővel kötődnek a talajkolloidokhoz. Minél több valamely talajban a kolloid rész, annál nagyobb a hozzá nem férhető víz hányada. Ez utóbbit holtvíz-tartalomnak nevezik. A holtvíz-tartalom az a nedvességtartalom, amelynél a növényeken a hervadás tünetei tartósan mutatkoznak (hervadáspont). Számértéke közelítőleg négyszerese a Kuron-féle higroszkópossági értéknek (hy).

A hasznosítható vagy diszponibilis víz(DV) mindenkori nedvességtartalom és holt víz (HV) különbsége. Vízkapacitásig telített talajnál:

DV = VK_SZ – HV.

Szabadföldi vízkapacitáson (VK_SZ) azt a vízmennyiséget értjük, amelyet a talaj a gravitációs erővel szemben vissza tud tartani.

A hasznosítható víz tehát a talajok vízbefogadó és vízvisszatartó képességétől, illetve attól függ, hogy a víz milyen erővel kötődik a talajrészecskékhez.

A dipólus jellegű vízmolekulák pozitív töltésükkel a negatív töltésű kolloid részecskékhez rendeződnek, és Van der Waals-erőkkel a felülethez kötődnek.

6. ábra - Vízadszorpció a talajfelületen

A felülettel közvetlenül érintkező vízréteg kötődik a legerősebben, az adszorpciós felülettől távolodva egyre csökken a vízmegkötés erőssége. Azt az erőt, amellyel a víz a talajrészecskék felületéhez kötődik, Schofield nyomán a pF-értékkel jellemzik. A pF-érték a víz elszívásához szükséges, vízoszlop cm-ben kifejezett szívóerő tízes alapú logaritmusa:

1 (10⁰) cm vízoszlop = 0 pF,

10 (10¹) cm vízoszlop = 1 pF,

100 (10²) cm vízoszlop = 2 pF,

1000 (10³) cm vízoszlop = 3 pF,

10 000 (10⁴) cm vízoszlop = 4 pF.

A vízmegkötés közvetlenül a vizet adszorbeáló felületen vagy annak közelében elérheti a 10 000 bar nagyságrendet, ami 10⁷ cm vízoszlopnak, illetve pF = 7-nek felel meg (1 bar = 10³ cm vízoszlop).

A vízkapacitásnak megfelelő vízmennyiség az adszorpciós vízből, illetve a kapilláris pórusokban visszatartott vízből áll. A kapilláris pórusokban lévő ún. kapilláris víz kötődése függ a pórusok átmérőjétől: minél kisebb a pórusok átmérője, annál nagyobb mértékben kötődik. A 0,05 mm-nél nagyobb átmérőjű pórusok túl nagyok ahhoz, hogy visszatartsák a vizet, emiatt ezeket nem kapilláris pórusoknak nevezzük.

A talaj különböző átmérőjű pórusaiban található víz felvehetőségét, illetve pF-értékét a 10. táblázat tartalmazza. A növények a kis erővel kötött (alacsony pF-értékű) vizet képesek hasznosítani. A korábban említett holtvíz-tartalom vagy hervadáspont nem jellemezhető egyértelműen a pF-értékkel, mivel növényfajonként eltérő. Általában a pF =4,2-nél nagyobb erővel kötött vizet nem tudják a növények hasznosítani.

Ha a kísérleti úton meghatározott pF-értékeket a talaj víztartalmának függvényében ábrázoljuk, jellegzetes görbéket kapunk. A 7. ábrán négy, különböző mechanikai összetételű talaj pF-görbéje látható. A víztartalom növekedésével mindegyik talajon csökken a pF értéke (javul a víz felvehetősége), de eltérő mértékben. A homoktalajon a víztartalom növekedésével hirtelen esik a pF, az agyagtalajon viszont még 29% víztartalom mellett is 4,2 a pF értéke, vagyis csak az ezt meghaladó víztartalom esetén tudják a növények a vizet hasznosítani.

7. ábra - Különböző mechanikai összetételű talajok pF-görbéi (Várallyay 1976)

A görbékről leolvasható a szabadföldi vízkapacitás (VK_SZ) és holt víz (HV) számértéke, amiből a diszponibilis víz (DV) számítható. Az ábrán bemutatott különböző mechanikai összetételű talajok jellemzői:

VK_SZ HV DV

térfogat%

Durva homok  3  1  2

Homokos vályog 20  7 13

Vályog 33 17 16

Agyag 47 29 18

Az agyagtalaj tehát lényegesen több hasznos vizet tud tárolni, mint a homoktalaj, de az agyagtalajon kisebb a diszponibilis víz hányada, mint a lazább talajokon.

A növény vízfelvétele és vízleadása dinamikus egyensúlyban van a talaj és a levegő víztartalmával:

talaj ^→_← növény ^→_← légkör

A növény vízleadása. A transzspiráció fő szervei a levelek. A transzspiráció mértékét a sztómákszáma, eloszlása, nagysága és nyitottsága szabja meg. A transzspirációt döntő mértékben befolyásoló fizikai tényező a levegő vízgőztartalma.

A levegő csak ritkán telített. A mindenkori vízgőzhiányt vízgőzdeficitnek nevezzük, amely a levegő lehetséges és tényleges vízgőztartalmának különbsége. A levegő a növekvő hőmérséklettel egyre több vizet képes felvenni a telítési állapot eléréséig (8. ábra). Minél nagyobb a vízgőz hiánya, annál nagyobb szívóerő jön létre, ami fokozza a transzspirációt.

8. ábra - A levegő telítettségi vízgőztartalma (g/m³) a hőmérséklet függvényében (Schmalfuss 1963)

A transzspirációt meghatározó fiziológiaitényező a sztómák nyitottsági állapota. A sztómák nyílásai a zárósejtek turgora esetén teljesen nyitottak, ennek csökkenésével záródnak. A zárósejtek turgorát az ozmotikusan aktív anyagok szabályozzák.

A sztómák nyitottságát a fény-, hő-, vízellátás és más körülmények is befolyásolják. Az egyéb körülmények közül fontos szerepet játszik a tápanyagellátás is. Az egyértékű ionok, pl. a K⁺, Na⁺, Cl^–, NO₃^–, elősegítik a vízfelvételt, és gátolják a transzspirációt. Ellenkező hatást fejtenek ki a kétértékű ionok, pl. a Ca²⁺ és SO₄^2–, amelyek kolloidzsugorító hatásuk következtében gátolják az egyéb anyagok, köztük a víz felvételét is, ugyanakkor elősegítik a transzspirációt.

A vízmérleg a felvett és elpárologtatott víz különbségéből számítható. Kiegyenlítetlen vagy deficites a vízmérleg, ha nagyobb a transzspiráció, mint a vízfelvétel. Ebből következik, hogy forró, száraz napokon jelentős vízhiány léphet fel. Ilyenkor az ozmotikus potenciál megnő, és növekszik a gyökerek szívóereje, vagyis a növény bizonyos mértékig képes alkalmazkodni a vízhiányhoz, ami azonban gátolja a növekedést és a szárazanyag-produkciót.

A tápanyag-ellátottság az egy- és kétértékű ionok hatásán keresztül kedvezően, illetve kedvezőtlenül befolyásolhatja a vízmérleget. Ez azonban nem szól az egyoldalú táplálkozás mellett; minden esetben harmonikus tápanyagarányok biztosítására kell törekedni.

Az egyértékű ionok túlsúlya esetenként kedvezőtlen is lehet, mivel nagy víztartalmú termést eredményezhet. Ez utóbbi, pl. burgonyánál, kedvezőtlen, mivel a keményítőtartalom csökkenésével jár együtt. A vízmérleget a sejtek kolloidtartalma, így fehérjetartalma is befolyásolja. A nagy fehérjetartalmú, fiatal növények kolloidállománya nagy erővel tartja vissza a vizet, ezzel elősegíti a pozitív vízmérleg fenntartását.

A növények vízigénye és vízhasznosulása növényfajonként változó. A vízfelhasználás mértéke a környezeti tényezőktől függ, a trágyázás pedig módosítja. Optimális tápanyagellátás mellett legkisebb a transzspiráció. A növények vízigényét és vízhasznosulását a transzspirációs együttható jellemzi, amely az egységnyi tömegű szárazanyag előállításához szükséges vízmennyiség.

A C₃ és C₄ típusú növények különböző mértékben hasznosítják a vizet. A C₄-es kukorica, köles és törpecirok fajlagos vízfogyasztása 200–300, míg a C₃-as növényeké 400–800 kg/kg szárazanyag (11. táblázat). A transzspirációs koefficiens számértéke a termőhely adottságaitól függően ingadozik (12. táblázat).

A fajlagos vízigény alapján megállapítható, hogy a tenyészidőben hullott csapadék – különösen nagy termések esetében – nem biztosítja a szükséges vízmennyiséget, a növények a talajban tárolt téli csapadék felhasználására, illetve öntözésre szorulnak (pl. 40 t/ha cukorrépaterméshez, ami 10 t szárazanyagnak felel meg, mintegy 400 mm csapadékra van szükség).

A jó tápanyagellátás javítja a vízhasznosulást, de a több terméshez több vízre van szükség. Növekvő tápanyagadagok hatására a termés egy bizonyos határig nő, azonban a nagyobb szárazanyag-produkcióhoz több vízre van szükség. A nagyobb mennyiségű víz jobban hasznosul, a transzspirációs együttható csökken (9., 10. ábra).

9. ábra - NPK kezelés hatása a szálkásperje szárazanyag-produkciójára csernozjom talajon (saját kísérletek)

10. ábra - NPK kezelés hatása a szálkásperje összes és fajlagos vízfogyasztására csernozjom talajon (saját kísérletek)

Az egyes tápelemek és azok kombinációinak hatását a szárazanyag-produkcióra, valamint a fajlagos vízfogyasztásra a 11. és 12. ábrán szemléltetjük. Szembetűnő, hogy a fajlagos vízfogyasztás minden kezelésben kisebb, mint a trágyázatlan kontrollban. A legkisebbek a fajlagos vízfogyasztási értékek a nitrogéntartalmú kezelésekben, amelyek a legnagyobb mértékben növelték a termést.

11. ábra - NPK-kezeléskombinációk hatása a kukorica szárazanyag-produkciójára (saját kísérletek)

12. ábra - NPK-kezeléskombinációk hatása a kukorica fajlagos vízfogyasztására (saját kísérletek)

Az ábrán feltüntetett fajlagos vízfogyasztás a ténylegesen transzspirált víz mennyiségén kívül az evaporált (a talajfelszínről elpárolgott) vizet is tartalmazza.

Általánosságban megállapítható, hogy bármely tápelem pótlása, amely adott talajon a növények optimális ellátásához szükséges, jobb vízhasznosításhoz vezet. Savanyú, magnéziumhiányos barna erdőtalajon végzett szálkásperje-kísérletekben a fajlagos vízfogyasztás nemcsak az NP- és NPK-kezelések hatására csökkent, hanem a termést növelő Ca- és Mg-kezelések hatására is (13. és 14. táblázat).

A fajlagos vízfogyasztás a talaj vízellátottságától is függ. A transzspirációs együttható általában a vízkapacitás 70–80%-ának megfelelő víztelítettség esetén a legkisebb. Ennél nagyobb víztelítettségnél a transzspirációs együttható ismét nő, vagyis a túl bő vízellátás is kedvezőtlenül hat a vízhasznosulásra.