The vodní potenciál Je to volná energie nebo schopnost vykonávat práci, která má určitý objem vody. Voda v horní části vodopádu nebo vodopádu má tedy vysoký vodní potenciál, který je například schopen pohybovat turbínou.
Symbol, který se používá k označení vodního potenciálu, je velké řecké písmeno s názvem psi, které je psáno Ψ. Vodní potenciál jakéhokoli systému se měří ve vztahu k vodnímu potenciálu čisté vody za podmínek považovaných za standardní (tlak 1 atmosféry a stejná výška a teplota systému, který má být studován).
Faktory, které určují vodní potenciál, jsou gravitace, teplota, tlak, hydratace a koncentrace rozpuštěných látek přítomných ve vodě. Tyto faktory určují vznik gradientů vodního potenciálu a tyto gradienty řídí difúzi vody..
Tímto způsobem se voda pohybuje z místa s vysokým vodním potenciálem do jiného s nízkým vodním potenciálem. Složkami vodního potenciálu jsou osmotický potenciál (koncentrace rozpuštěných látek ve vodě), maticový potenciál (adheze vody k porézním matricím), gravitační potenciál a tlakový potenciál.
Znalost vodního potenciálu je nezbytná pro pochopení fungování různých hydrologických a biologických jevů. Patří mezi ně absorpce vody a živin rostlinami a tok vody v půdě..
Rejstřík článků
Vodní potenciál se skládá ze čtyř složek: osmotický potenciál, maticový potenciál, gravitační potenciál a tlakový potenciál. Působení těchto složek určuje existenci gradientů vodního potenciálu.
Voda obvykle není ve svém čistém stavu, protože má v sobě rozpuštěné pevné látky (soluty), jako jsou minerální soli. Osmotický potenciál je dán koncentrací rozpuštěných látek v roztoku.
Čím větší je množství rozpuštěných látek, tím méně volné energie vody, tj. Menší vodní potenciál. Voda se proto snaží nastolit rovnováhu prouděním z roztoků s nízkou koncentrací rozpuštěných látek do roztoků s vysokou koncentrací rozpuštěných látek..
V tomto případě je určujícím faktorem přítomnost matrice nebo struktury hydratovatelného materiálu, tj. Má afinitu k vodě. To je způsobeno adhezními silami vytvářenými mezi molekulami, zejména vodíkovými vazbami vytvořenými mezi molekulami vody, atomy kyslíku a hydroxylovými skupinami (OH)..
Například adheze vody k půdním jílům je případem vodního potenciálu na základě matricového potenciálu. Tyto matice přitahováním vody vytvářejí pozitivní vodní potenciál, proto voda mimo matrici proudí směrem k ní a má tendenci zůstat uvnitř, jak se to děje v houbě..
Gravitační síla Země je v tomto případě ta, která určuje potenciální gradient, protože voda bude mít tendenci padat dolů. Voda umístěná v určité výšce má volnou energii určenou přitažlivostí, kterou Země působí na svou hmotu..
Například voda ve zvednuté nádrži na vodu volně padá potrubím a cestuje s touto kinetickou energií (pohybem), dokud nedosáhne kohoutku..
V tomto případě má voda pod tlakem větší volnou energii, tj. Větší vodní potenciál. Proto se tato voda bude pohybovat z místa, kde je pod tlakem, tam, kde není, a v důsledku toho bude mít méně volné energie (menší vodní potenciál).
Například když dávkujeme kapky pomocí kapátka, stisknutím gumového knoflíku vyvíjíme tlak, který dodává energii vodě. Díky této větší volné energii se voda pohybuje ven, kde je nižší tlak.
Existuje celá řada metod pro měření vodního potenciálu, některé vhodné pro půdu, jiné pro tkáně, pro mechanické hydraulické systémy a další. Potenciál vody je ekvivalentní jednotkám tlaku a měří se v atmosférách, barech, pascalech nebo psi (librách na čtvereční palec)..
Zde jsou některé z těchto metod:
Pokud chcete měřit vodní potenciál rostlinného listu, můžete použít tlakovou komoru nebo čerpadlo Scholander. Skládá se ze vzduchotěsné komory, kde je umístěn celý list (lamina s řapíkem).
Poté se tlak uvnitř komory zvýší zavedením stlačeného plynu, měřením tlaku, kterého je dosaženo pomocí manometru. Tlak plynu na listu se zvyšuje až do bodu, kdy voda v něm obsažená vytryskuje ven z cévní tkáně řapíku..
Tlak indikovaný manometrem, když voda opouští list, odpovídá vodnímu potenciálu listu..
Existuje několik alternativ k měření vodního potenciálu pomocí speciálních nástrojů zvaných tlakové sondy. Jsou určeny k měření vodního potenciálu půdy, založeného hlavně na maticovém potenciálu.
Například existují digitální sondy, které fungují na základě zavedení porézní keramické matrice připojené k čidlu vlhkosti do půdy. Tato keramika je hydratována vodou uvnitř půdy, dokud nedosáhne rovnováhy mezi vodním potenciálem v keramické matrici a vodním potenciálem půdy..
Následně senzor určí obsah vlhkosti v keramice a odhadne vodní potenciál půdy.
Existují také sondy schopné měřit vodní potenciál v rostlinných tkáních, jako je stonek rostliny. Model se skládá z velmi tenké trubice s jemným hrotem (mikropilární trubice), která je vložena do tkáně.
Po proniknutí do živé tkáně sleduje roztok obsažený v buňkách potenciální gradient definovaný tlakem obsaženým v dříku a zavádí se do mikropyly. Když kapalina z dříku vstoupí do trubice, tlačí olej v ní obsažený, který aktivuje tlakovou sondu nebo manometr, který přiřadí hodnotu odpovídající potenciálu vody
Pro měření vodního potenciálu na základě osmotického potenciálu lze určit hmotnostní variace tkáně ponořené do roztoků při různých koncentracích rozpuštěné látky. Za tímto účelem je připravena řada zkumavek, každá se známou zvyšující se koncentrací rozpuštěné látky, například sacharózy (cukru)..
To znamená, že pokud je v každé z 5 zkumavek 10 cm3 vody, přidá se 1 mg sacharózy do první zkumavky, 2 mg do druhé, a tedy až 5 mg do poslední. Proto máme rostoucí baterii koncentrací sacharózy.
Poté se z tkáně, jejíž vodní potenciál má být určen (například bramborové kousky), vyřízne 5 řezů stejné a známé hmotnosti. Poté se do každé zkumavky umístí řez a po 2 hodinách se tkáňové řezy vyjmou a zváží..
U některých kusů se očekává, že zhubnou kvůli ztrátě vody, jiné budou přibírat na váze, protože absorbovaly vodu, a jiné si váhu udrží.
Ti, kteří ztratili vodu, byli v roztoku, kde byla koncentrace sacharózy vyšší než koncentrace rozpuštěných látek v tkáni. Voda proto tekla podle gradientu osmotického potenciálu od nejvyšší koncentrace po nejnižší a tkáň ztratila vodu a váhu..
Naopak tkáň, která získala vodu a váhu, byla v roztoku s nižší koncentrací sacharózy, než je koncentrace rozpuštěných látek v tkáni. V tomto případě gradient osmotického potenciálu upřednostňoval vstup vody do tkáně..
A konečně, v tom případě, kdy si tkáň udržela svou původní váhu, lze odvodit, že koncentrace, ve které byla nalezena, má stejnou koncentraci rozpuštěné látky. Tato koncentrace proto bude odpovídat vodnímu potenciálu studované tkáně..
30 m vysoký strom potřebuje transportovat vodu ze země k poslednímu listu, a to se děje prostřednictvím jeho cévního systému. Tento systém je specializovaná tkáň složená z buněk, které jsou mrtvé a jsou podobné velmi tenkým trubicím..
Transport je možný díky rozdílům ve vodním potenciálu, který se vytváří mezi atmosférou a listem, který se zase přenáší do cévního systému. List ztrácí vodu v plynném stavu kvůli vyšší koncentraci vodní páry v něm (vyšší vodní potenciál) ve srovnání s prostředím (nižší vodní potenciál).
Ztráta páry vytváří podtlak nebo sání, které tlačí vodu z cév cévního systému směrem k listové čepeli. Toto sání se přenáší ze skla na sklo, dokud nedosáhne kořene, kde jsou buňky a mezibuněčné prostory zapuštěny do vody absorbované z půdy..
Voda z půdy proniká do kořene v důsledku rozdílu v osmotickém potenciálu mezi vodou v buňkách epidermis kořene a půdou. K tomu dochází, protože kořenové buňky mají rozpuštěné látky ve vyšší koncentraci než půdní voda..
Mnoho rostlin v suchém prostředí zadržuje sliz produkující vodu (viskózní látku), který je uložen ve vakuolách. Tyto molekuly zadržují vodu a snižují její volnou energii (nízký vodní potenciál), v tomto případě je rozhodující maticová složka vodního potenciálu..
V případě vodovodního systému založeného na zvýšené nádrži je tato naplněna vodou vlivem tlakového potenciálu. Společnost, která zajišťuje vodohospodářství, na něj vyvíjí tlak pomocí hydraulických čerpadel a překonává tak gravitační sílu k dosažení nádrže..
Jakmile je nádrž plná, voda se z ní distribuuje díky možnému rozdílu mezi vodou uloženou v nádrži a výstupy vody v domě. Otevřením kohoutku se vytvoří gradient gravitačního potenciálu mezi vodou v kohoutku a vodou v nádrži..
Voda v nádrži má proto větší volnou energii (větší vodní potenciál) a klesá hlavně díky gravitační síle..
Hlavní složkou vodního potenciálu půdy je maticový potenciál, vzhledem k adhezní síle, která se vytváří mezi jíly a vodou. Na druhé straně gravitační potenciál ovlivňuje vertikální gradient posunutí vody v půdě..
Mnoho procesů, které se vyskytují v půdě, závisí na volné energii vody obsažené v půdě, to znamená na jejím vodním potenciálu. Mezi tyto procesy patří výživa a transpirace rostlin, infiltrace dešťové vody a odpařování vody z půdy..
V zemědělství je důležité určit vodní potenciál půdy, aby bylo možné správně aplikovat zavlažování a hnojení. Pokud je maticový potenciál půdy velmi vysoký, voda zůstane připojena k jílu a nebude k dispozici pro absorpci rostlinami..
Zatím žádné komentáře