Komponenty, metódy a príklady vodného potenciálu

On Vodný potenciál Je to voľná energia alebo je schopná vykonávať prácu, ktorá má daný objem vody. Voda v hornej časti vodopádu alebo vodného skoku má teda vysoký potenciál vody, ktorý je napríklad schopný pohnúť turbínou.

Symbol používaný na označenie vodného potenciálu je kapitálové písmeno s názvom PSI, ktoré je napísané ψ. Vodný potenciál akéhokoľvek systému sa meria v súvislosti s vodným potenciálom čistej vody v podmienkach, ktorý sa považuje za štandard (tlak 1 atmosféru a rovnaká výška a teplota systému, ktorý sa má študovať).

Osmotický potenciál. Zdroj: Kade Knealeand/CC By-S (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)

Faktory, ktoré určujú potenciál vody. Tieto faktory určujú, že sa tvoria stupne potenciálu vody a tieto gradienty poháňajú difúziu vody.

Týmto spôsobom sa voda pohybuje z jedného miesta s vysokým vodným potenciálom na druhé s nízkym vodným potenciálom. Zložky vodného potenciálu sú osmotický potenciál (koncentrácia rozpustených látok vo vode), mastrický potenciál (adherencia vody k poréznym matricám), gravitačný potenciál a tlakový potenciál.

Znalosť vodného potenciálu je nevyhnutná na pochopenie fungovania rôznych hydrologických a biologických javov. Medzi nimi absorpcia vody a živín rastlinami a prietok vody v pôde.

[TOC]

Komponenty vodného potenciálu

Vodný potenciál tvoria štyri zložky: osmotický potenciál, mastrický potenciál, gravitačný potenciál a tlakový potenciál. Pôsobenie týchto komponentov určuje existenciu gradientov potenciálu vody.

Osmotický potenciál (ψs)

Normálne voda nie je vo svojom najčistejšom stave, pretože má v ňom rozpustené tuhé látky (rozpustene), ako sú minerálne soli. Osmotický potenciál je daný koncentráciou rozpustených látok v roztoku.

Čím väčší počet rozpustených rozpustených látok je menej energie bez vody, to znamená menší vodný potenciál. Voda sa preto pokúša stanoviť rovnováhu prúdiacu z roztokov s nízkou koncentráciou rozpustených roztokov s vysokou koncentráciou rozpustených látok.

Matrický alebo matriačný potenciál (ψM)

V tomto prípade je určujúcim faktorom prítomnosť hydratibilnej matrice materiálu alebo štruktúry, to znamená, že má afinitu k vode. Je to kvôli adhéznym silám vytvoreným medzi molekulami, najmä vodíkovými mostíkmi vytvorenými medzi molekulami vody, atómami kyslíka a hydroxylovými skupinami (OH).

Napríklad adhézia vody na íly pôdy je prípadom vodného potenciálu založeného na mastrickom potenciáli. Tieto matrice pri priťahovaní vody vytvárajú pozitívny vodný potenciál, preto voda mimo matrice tečie smerom k nej a má tendenciu zostať vo vnútri, pretože sa to deje v špongii.

Gravitačný alebo výškový potenciál (ψG)

Gravitačná sila Zeme je v tomto prípade tá, ktorá stanovuje potenciálny gradient, pretože voda bude mať tendenciu padať. Voda umiestnená v určitej výške má voľnú energiu určenú príťažlivosťou, že Zem vyvíja na svoju hmotnosť.

Môže vám slúžiť: Chemické znečistenie: Príčiny, dôsledky, príklady Pohyb gravitačnej vody. Zdroj: Bilal Ahmad/CC By-S (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)

Napríklad voda v nádrži s vysokou vodou voľne padá cez potrubie a pohybuje sa s touto kinetickou (pohybovou) energiou, až kým nedosiahne kohútik.

Tlakový potenciál (ψP)

V tomto prípade má tlak pod tlakom vyššiu voľnú energiu, to znamená väčší vodný potenciál. Preto sa táto voda presunie z miesta, kde je vystavená tlaku tam, kde nie je, a preto je menej voľnej energie (menší vodný potenciál).

Napríklad, keď dávka klesá cez kvapkadlo, pri utiahnutí gumového gombíka vyvíjame tlak, ktorý priznáva energiu na vodu. Vďaka tomuto viac voľnej energie sa voda presúva do vonkajšej strany, kde je tlak nižší.

Metódy určovania vodného potenciálu

Existuje rozmanitosť metód na meranie potenciálu vody, niektoré vhodné pre pôdu, iné pre tkanivá, pre mechanické hydraulické systémy a ďalšie. Vodný potenciál je ekvivalentný tlakovým jednotkám a meria sa v atmosfére, tyčí, pacaloch alebo PSI (libry na štvorcový palec v jeho skrate v angličtine).

Nižšie sú uvedené niektoré z týchto metód:

Tlaková kamera alebo Scholand Pump

Ak chcete zmerať vodný potenciál listu rastliny, môžete použiť tlak alebo pumpu alebo čerpadlo Scholand. Skladá sa z hermetickej komory, kde je umiestnený celý list (list s jeho stopkou).

Meranie potenciálu vodného potenciálu hárku s tlakovou komorou. Zdroj: tlaková bomba.SVG: Aibdescalzoderivatívne dielo: Aibdescalzo/CC BY-SA (https: // creativicecommons.Org/licencie/By-SA/3.0)

Potom sa tlak zvyšuje vo vnútri komory zavedením tlakového plynu, meraním tlaku, ktorý sa dosahuje tlakovým rozchodom. Tlak plynu na list sa zvyšuje až do bodu, keď voda obsiahnutá v tomto klíčku vaskulárnym tkanivom stopky.

Tlak označený tlakomerom, keď voda opúšťa plachtu, zodpovedá rovnakému vodnému potenciálu.

Tlakové sondy

Existuje niekoľko alternatív na meranie vodného potenciálu prostredníctvom špeciálnych nástrojov nazývaných tlakové sondy. Existujú navrhnuté na meranie vodného potenciálu pôdy, založené hlavne na mastrickom potenciáli.

Napríklad existujú digitálne sondy, ktoré pracujú na základe zavedenia do zeme pórovité keramickú matricu spojenú so senzorom vlhkosti. Táto keramika je hydratovaná vodou vo vnútri zeme, až kým nedosiahne rovnováhu medzi vodným potenciálom v keramickej matrici a potenciálom pôdnej vody.

Následne senzor určuje obsah vlhkosti v keramike a odhaduje potenciál pôdnej vody.

Mikrokapila s tlakovou sondou

Existujú aj sondy schopné merať vodný potenciál v rastlinných tkanivách, ako je napríklad rastlinná stonka. Model pozostáva z veľmi tenkej trubice jemnej špičky (mikropilárna trubica), ktorá sa zavádza do tkaniva.

Môže vám slúžiť: Lesný ekosystém: Charakteristiky, flóra, fauna, príklady

Keď prenikne živé tkanivo, roztok obsiahnutý v bunkách sleduje potenciálny gradient definovaný tlakom obsiahnutým v kmele a zavedie sa do mikropily. Na kvapalinovej tekutine do trubice tlačí olej obsiahnutý v nej, ktorý aktivuje tlakový alebo tlakový rozchod, ktorý priraďuje hodnotu zodpovedajúcu vodnému potenciálu

Variácie hmotnosti alebo objemu

Na meranie potenciálu vody na základe osmotického potenciálu je možné určiť variácie hmotnosti tkaniva ponoreného do roztokov k rôznym koncentráciám rozpustenej látky. Z tohto.

To znamená, že ak v každých 5 skúmavkách je 10 cm3 vody, pridáva sa v prvej skúmavke 1 mg sacharózy, v druhej 2 mg a tak až 5 mg v poslednom. Preto máme väzobnú batériu koncentrácií sacharózy.

Potom sa odreže 5 častí rovnakej a známej hmotnosti tkaniva, na ktoré sa chce určiť vodný potenciál (napríklad kúsky zemiakov). Ďalej sa v každej skúmavke umiestni časť a po posledných 2 hodinách sa sekcie tkanív extrahujú a odvážia.

Očakávané výsledky a interpretácia

Očakáva sa, že niektoré kusy schudnú pri strate vody, iné ju zvýšia, pretože absorbovali vodu a iné si udržiavajú váhu.

Tí, ktorí strácajú vodu, boli v roztoku, kde bola koncentrácia sacharózy vyššia ako koncentrácia rozpustených látok v tkanive. Preto voda tečie podľa osmotického potenciálneho gradientu najväčšej koncentrácie pre dieťa a tkanivo stratila vodu a hmotnosť.

Naopak, tkanivo, ktoré získalo vodu a hmotnosť, bolo v roztoku s nižšou koncentráciou sacharózy ako koncentrácia rozpustených látok v tkanive. V tomto prípade osmotický potenciálny gradient uprednostňoval vstup vody do tkaniva.

Nakoniec, v takom prípade, keď si tkanivo zachovalo svoju pôvodnú hmotnosť, sa odvodzuje, že koncentrácia, v ktorej bola rovnaká koncentrácia rozpustenej látky. Preto táto koncentrácia bude zodpovedať vodnému potenciálu študovaného tkaniva.

Príklady

Absorpcia vody rastlinami

30 m vysoký strom musí prepravovať vodu zo zeme na posledný list, a to sa robí prostredníctvom vaskulárneho systému. Tento systém je špecializovaná tkanina tvorená bunkami, ktoré sú mŕtve a sú podobné veľmi tenkým trubicami.

Pohyb vody v rastlinách. Zdroj: Laurel Jules/CC By-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)

Preprava je možná vďaka rozdielom vo vodnom potenciáli, ktoré sa vytvárajú medzi atmosférou a listom, ktorý sa zase prenáša do vaskulárneho systému. List stráca vodu v plynnom stave v dôsledku väčšej koncentrácie vodnej pary (hlavný vodný potenciál) vzhľadom na životné prostredie (malý vodný potenciál).

Môže vám slúžiť: 20 asexuálnych zvierat a jeho vlastnosti

Strata pary vytvára záporný tlak alebo sacie, ktoré poháňa vodu z ciev vaskulárneho systému do plechu plechu. Toto sacie sa prenáša zo skla do skla, až kým nedosiahne koreň, kde sú medzibunkové bunky a priestory zabudované z pôdy absorbovanej vody.

Voda zo zeme preniká do koreňa v dôsledku rozdielu v osmotickom potenciáli medzi vodou koreňového a pôdneho epidermis buniek. K tomu dochádza, pretože koreňové bunky majú rozpustené látky vo väčšej koncentrácii ako pôdna voda.

Sliznice

Mnoho suchých prostredí si ponecháva vodu produkujúcu sliznicu (viskózne látky), ktoré sa ukladajú vo svojich vakuolách. Tieto molekuly si zachovávajú vodu znížením svojej voľnej energie (pod vodným potenciálom), v tomto prípade je misijnou zložkou vodného potenciálu.

Nádrž s vysokou vodou

V prípade systému poskytovania vody založeného na vysokej nádrži je naplnený vodou z dôvodu účinku tlakového potenciálu. Spoločnosť, ktorá poskytuje vodnú službu, ju predkladá tlakom hydraulickými čerpadlami, a tak vyprší gravitáciu, aby dosiahla nádrž na nádrž.

Akonáhle je nádrž naplnená, voda je rozložená z toho istého vďaka potenciálnemu rozdielu medzi vodou uloženou v nádrži a výstupmi z vody v dome. Pri otváraní kohútika je vytvorený gravitačný potenciálny gradient medzi vodou v ústach nádrže a nádrže.

Preto má voda z nádrže väčšiu voľnú energiu (väčší vodný potenciál) a padá hlavne kvôli gravitácii sily.

Difúzia vody na zemi

Hlavnou zložkou vodného potenciálu pôdy je mastrický potenciál, vzhľadom na adhéznu silu stanovenú medzi ílom a vodou. Na druhej strane gravitačný potenciál ovplyvňuje vertikálny posuvný gradient vody v pôde.

Na voľnej energii vody obsiahnutej v pôde, to znamená jej vodný potenciál, veľa procesov, ktoré sa vyskytujú v rovnakej závislosti. Medzi tieto procesy patrí výživa a potenie rastlín, infiltrácia dažďovej vody a odparovanie pôdnej vody.

V poľnohospodárstve je dôležité určiť vodný potenciál pôdy na správne aplikovanie zavlažovania a oplodnenia. Ak je martrický potenciál pôdy veľmi vysoký, voda zostane pripojená k ílom a nebude k dispozícii na absorpciu rastlinami.

Odkazy

1. Busso, C.Do. (2008). Použitie tlakovej komory a psychrometrov na termokoupla pri určovaní vodných vzťahov v rastlinných tkanivách. Φyton.
2. Quintal-Ortiz, W.C., Pérez-Gutiérrez, a., Latournerie-Moreno, L., May-lara, C., Ruiz-Sánchez, e. a Martínez-Chacón, do.J.(2012). Využitie vody, vodného potenciálu a výkonu habanero chili (cApsicum Chinense JACQ.). Mexický časopis Phytotechnick.
3. Salisbury, f.B. a Ross, C.W. (1991). Fyziológia rastlín. Vydavateľstvo Wadsworth.
4. Scholand, P., Bradstreet, e., Hemmingsen, e. A Hammel, h. (1965). Tlak SAP vo vaskulárnych rastlinách: Negatívny hydrostatický tlak sa môže merať v rastlinách. Veda.
5. Squeo, f.Do. (2007). Potenciál vody a vody. In: Squeo, f.Do. A cardmemil, l. (Eds.). Fyziológia rastlín. Vydanie University of La Serena