De vannpotensial Det er den frie energien eller i stand til å utføre arbeid, som har et visst volum vann. Vannet i den øvre delen av en foss eller en foss har et høyt vannpotensial som for eksempel er i stand til å bevege en turbin.
Symbolet som brukes til å referere til vannpotensialet er den store greske bokstaven kalt psi, som er skrevet Ψ. Vannpotensialet til ethvert system måles i forhold til vannpotensialet i rent vann under forhold som anses som standard (trykk på 1 atmosfære og samme høyde og temperatur på systemet som skal studeres).
Faktorene som bestemmer vannpotensialet er tyngdekraft, temperatur, trykk, hydrering og konsentrasjonen av oppløste stoffer som er tilstede i vannet. Disse faktorene bestemmer dannelsen av vannpotensielle gradienter, og disse gradientene driver diffusjonen av vann..
På denne måten beveger vannet seg fra et sted med høyt vannpotensial til et annet med lavt vannpotensial. Komponentene i vannpotensialet er det osmotiske potensialet (konsentrasjon av oppløste stoffer i vannet), matrisk potensial (vedheft av vann til porøse matriser), gravitasjonspotensial og trykkpotensial.
Kunnskap om vannpotensialet er viktig for å forstå funksjonen til forskjellige hydrologiske og biologiske fenomener. Disse inkluderer absorpsjon av vann og næringsstoffer av planter og vannstrømmen i jorden..
Artikkelindeks
Vannpotensialet består av fire komponenter: osmotisk potensial, matrikelpotensial, gravitasjonspotensial og trykkpotensial. Handlingen til disse komponentene bestemmer eksistensen av vannpotensialgradienter.
Normalt er vann ikke i ren tilstand, siden det har faste stoffer oppløst i det (oppløste stoffer), for eksempel mineralsalter. Det osmotiske potensialet er gitt av konsentrasjonen av oppløste stoffer i løsningen.
Jo større mengde oppløste stoffer det er mindre fri energi av vannet, det vil si mindre vannpotensial. Derfor prøver vannet å etablere en likevekt ved å strømme fra oppløsninger med lav oppløsningsmiddelkonsentrasjon til oppløsninger med høy oppløsningsmiddelkonsentrasjon..
I dette tilfellet er den avgjørende faktoren tilstedeværelsen av en hydrerbar materialmatrise eller struktur, det vil si at den har en affinitet for vann. Dette skyldes heftkreftene som dannes mellom molekyler, spesielt hydrogenbindinger dannet mellom vannmolekyler, oksygenatomer og hydroksylgrupper (OH)..
For eksempel er vedheft av vann til jordleire et tilfelle av vannpotensial basert på matrisk potensial. Disse matriser genererer et positivt vannpotensial ved å tiltrekke seg vann, derfor strømmer vannet utenfor matrisen mot den og har en tendens til å holde seg inne når det skjer i en svamp..
Jordens gravitasjonskraft er i dette tilfellet den som etablerer den potensielle gradienten, siden vannet vil ha en tendens til å falle nedover. Vann som ligger i en viss høyde har fri energi bestemt av den tiltrekningen som jorden utøver på massen..
For eksempel faller vannet i en hevet vanntank fritt gjennom røret og beveger seg med den kinetiske energien (i bevegelse) til den når kranen..
I dette tilfellet har vannet under trykk større fri energi, det vil si større vannpotensial. Derfor vil dette vannet bevege seg fra der det er under trykk til der det ikke er, og følgelig er det mindre fri energi (mindre vannpotensial).
For eksempel, når vi doserer dråper ved hjelp av en dropper, ved å trykke på gummiknappen, bruker vi et trykk som gir energi til vannet. På grunn av denne større frie energien beveger vannet seg til utsiden der trykket er lavere.
Det finnes en rekke metoder for å måle vannpotensialet, noen egnet for jord, andre for vev, for mekaniske hydrauliske systemer og andre. Vannpotensial tilsvarer trykkenheter og måles i atmosfærer, barer, pascal eller psi (pounds per kvadrattomme)..
Her er noen av disse metodene:
Hvis du vil måle vannpotensialet til et planteblad, kan du bruke et trykkammer eller Scholander-pumpe. Dette består av et lufttett kammer der hele bladet er plassert (lamina med petiole).
Deretter økes trykket inne i kammeret ved å innføre en gass under trykk, og måle trykket som nås ved hjelp av et manometer. Gasstrykket på bladet øker, til det punktet hvor vannet i det strømmer ut gjennom det vaskulære vevet i petiole..
Trykket angitt av manometeret når vannet forlater bladet tilsvarer vannpotensialet i bladet..
Det er flere alternativer for å måle vannpotensialet ved hjelp av spesielle instrumenter som kalles trykksonder. De er designet for å måle jordens vannpotensiale, hovedsakelig basert på matrikelpotensialet.
For eksempel er det digitale sonder som fungerer på grunnlag av å innføre en porøs keramisk matrise koblet til en fuktighetssensor i jorden. Denne keramikken hydratiseres med vannet i jorda til den når en balanse mellom vannpotensialet i den keramiske matrisen og vannpotensialet i jorden..
Deretter bestemmer sensoren fuktighetsinnholdet i keramikken og estimerer jordens vannpotensial.
Det er også sonder som er i stand til å måle vannpotensialet i plantevev, for eksempel stammen til en plante. En modell består av et veldig tynt rør med fin spiss (mikropillarør) som settes inn i vevet.
Ved penetrering av levende vev følger løsningen i cellene en potensiell gradient definert av trykket i stammen og føres inn i mikropilen. Når væsken fra stammen kommer inn i røret, skyver den en olje i den som aktiverer en trykksonde eller manometer som tildeler en verdi som tilsvarer vannpotensialet
For å måle vannpotensialet basert på det osmotiske potensialet, kan vektvariasjonene til et vev nedsenket i oppløsninger i forskjellige konsentrasjoner av en løsemiddel bestemmes. For dette fremstilles en serie prøverør, hver med en kjent økende konsentrasjon av et oppløst stoff, for eksempel sukrose (sukker)..
Det vil si at hvis det er 10 cm3 vann i hvert av 5 rør, tilsettes 1 mg sukrose i det første røret, 2 mg i det andre, og dermed opptil 5 mg i det siste. Derfor har vi et økende batteri av sukrosekonsentrasjoner.
Deretter kuttes 5 seksjoner med lik og kjent vekt fra vevet hvis vannpotensiale skal bestemmes (for eksempel potetbiter). Deretter plasseres en seksjon i hvert reagensrør, og etter 2 timer fjernes vevsseksjonene og veies..
Noen stykker forventes å gå ned i vekt fra vanntap, andre vil ha gått opp i vekt fordi de absorberte vann, og andre vil opprettholde vekten.
De som mistet vann var i en løsning der konsentrasjonen av sukrose var større enn konsentrasjonen av oppløste stoffer i vevet. Derfor strømmet vannet i henhold til gradienten til det osmotiske potensialet fra den høyeste konsentrasjonen til den laveste, og vevet mistet vann og vekt..
Tvert imot var vevet som fikk vann og vekt i en løsning med en lavere konsentrasjon av sukrose enn konsentrasjonen av oppløste stoffer i vevet. I dette tilfellet favoriserte den osmotiske potensialgradienten innføringen av vann i vevet..
Til slutt, i det tilfellet der vevet opprettholdt sin opprinnelige vekt, utledes det at konsentrasjonen der det ble funnet har samme konsentrasjon av oppløst stoff. Derfor vil denne konsentrasjonen tilsvare vannpotensialet i det studerte vevet..
Et 30 m høyt tre trenger å transportere vann fra bakken til det siste bladet, og dette gjøres gjennom det vaskulære systemet. Dette systemet er et spesialisert vev som består av celler som er døde og ligner på veldig tynne rør..
Transport er mulig takket være forskjellene i vannpotensialet som genereres mellom atmosfæren og bladet, som igjen overføres til det vaskulære systemet. Bladet mister vann i gassform på grunn av den høyere konsentrasjonen av vanndamp i det (høyere vannpotensial) sammenlignet med miljøet (lavere vannpotensial).
Tap av damp genererer et undertrykk eller sug som tvinger vannet fra karene i det vaskulære systemet mot bladbladet. Denne sugingen overføres fra glass til glass til den når roten, hvor cellene og intercellulære mellomrom er innebygd i vannet som absorberes fra jorden..
Vann fra jorden trenger inn i roten på grunn av en forskjell i osmotisk potensial mellom vannet i epidermiscellene i roten og jordens. Dette skjer fordi rotceller har oppløste stoffer i høyere konsentrasjon enn jordvann..
Mange planter i tørre omgivelser beholder vann som produserer slimhinne (tyktflytende stoff) som lagres i vakuolene. Disse molekylene beholder vann og reduserer den frie energien (lavt vannpotensial), i dette tilfellet er matrikkomponenten i vannpotensialet avgjørende..
Når det gjelder et vannforsyningssystem basert på en forhøyet tank, fylles det med vann på grunn av effekten av trykkpotensialet. Selskapet som leverer vanntjenesten, legger press på det ved hjelp av hydrauliske pumper og overvinner dermed tyngdekraften for å nå tanken..
Når tanken er full, fordeles vannet fra den takket være en potensiell forskjell mellom vannet som er lagret i tanken og vannuttakene i huset. Å åpne en kran etablerer en gravitasjonspotensiell gradient mellom vannet i kranen og tanken..
Derfor har vannet i tanken større fri energi (større vannpotensial) og faller hovedsakelig på grunn av tyngdekraften..
Hovedkomponenten i jordens vannpotensiale er matrikelpotensialet, gitt vedheftskraften som er etablert mellom leire og vann. På den annen side påvirker gravitasjonspotensialet den vertikale forskyvningsgradienten til vannet i jorden..
Mange prosesser som forekommer i jorda, er avhengig av den frie energien til vannet i jorden, det vil si på vannpotensialet. Blant disse prosessene er ernæring og transpirasjon av planter, infiltrasjon av regnvann og fordampning av vann fra jorden..
I landbruket er det viktig å bestemme jordens vannpotensial for å bruke vanning og gjødsling på riktig måte. Hvis jordens matriske potensiale er veldig høyt, vil vannet forbli festet til leire og vil ikke være tilgjengelig for absorpsjon av planter..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.