ВОДЕНИ ПОТЕНЦИЈАЛ: КОМПОНЕНТЕ, МЕТОДЕ И ПРИМЕРИ - ЖИВОТНА СРЕДИНА - 2025

Водни потенцијал је слободна енергија или способан да обавља посао, који има одређену количину воде. Тако вода на врху водопада или водопада има високи потенцијал воде који је, на пример, способан да покреће турбину.

Симбол који се користи за упућивање на водени потенцијал је велико грчко слово звано пси, које се пише Ψ. Водени потенцијал било ког система мери се у односу на водени потенцијал чисте воде под условима који се сматрају стандардним (притисак 1 атмосфере и иста висина и температура система који се проучава).

Осмотски потенцијал. Извор: Каде Кнееланд / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/4.0)

Чимбеници који одређују водни потенцијал су гравитација, температура, притисак, хидратација и концентрација раствора који су присутни у води. Ови фактори одређују формирање градијента водених потенцијала и ти градијенти покрећу дифузију воде.

На овај начин вода се премешта са места са великим воденим потенцијалом на друго са ниским воденим потенцијалом. Компоненте водног потенцијала су осмотски потенцијал (концентрација раствора у води), матрични потенцијал (адхезија воде на порозним матрицама), гравитациони потенцијал и потенцијал притиска.

Познавање водног потенцијала од суштинског је значаја за разумевање функционисања различитих хидролошких и биолошких појава. Ту спадају апсорпција воде и хранљивих материја биљкама и проток воде у тлу.

Компоненте водног потенцијала

Водени потенцијал чине четири компоненте: осмотски потенцијал, матрични потенцијал, гравитациони потенцијал и потенцијал притиска. Деловање ових компоненти одређује постојање градијената хидричног потенцијала.

Осмотски потенцијал (Ψс)

Нормално је да вода није у свом чистом стању, јер је у њој растворила чврста супстанца (растворени материјали), попут минералних соли. Осмотски потенцијал је дат концентрацијом раствора у раствору.

Што је већа количина растворених раствора, мање је слободне енергије воде, односно мање је воденог потенцијала. Због тога вода покушава да успостави равнотежу течећи из раствора са малом концентрацијом раствора у растворе са великом концентрацијом раствора.

Матрични или матрични потенцијал (Ψм)

У овом случају, одлучујући фактор је присуство матрице или структуре хидрабилног материјала, односно има афинитет за воду. То је због сила адхезије створених између молекула, посебно водоничних веза формираних између молекула воде, атома кисеоника и хидроксилних (ОХ) група.

На пример, адхезија воде на глине је случај воденог потенцијала заснованог на матричном потенцијалу. Ове матрице привлачењем воде стварају позитиван водени потенцијал, зато вода изван матрице тече ка њој и тежи да остане унутра као што се догађа у спужви.

Висина или гравитациони потенцијал (Ψг)

Гравитациона сила Земље је у том случају та која успоставља потенцијални градијент, јер ће вода тежити паду према доле. Вода која се налази на одређеној висини има слободну енергију која се одређује привлачењем које Земља врши на својој маси.

Кретање воде гравитацијом. Извор: Билал ахмад / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/4.0)

На пример, вода у подигнутом резервоару за воду пада слободно низ цев и путује том кинетичком (покретном) енергијом док не доспије до славине.

Потенцијал притиска (Ψп)

У овом случају вода под притиском има већу слободну енергију, односно већи водени потенцијал. Због тога ће се ова вода кретати од места где је под притиском до места где је нема, и последично је мање слободне енергије (мањи водени потенцијал).

На пример, када дозирамо капи помоћу капалице, када притиснемо гумену дугме примењујемо притисак који води даје енергију. Због ове веће слободне енергије, вода се креће напољу где је притисак нижи.

Методе за одређивање водног потенцијала

Постоје разне методе за мерење водног потенцијала, неке погодне за тло, друге за ткива, за механичке хидрауличке системе и друге. Водени потенцијал еквивалентан је јединицама притиска и мери се у атмосфери, баровима, паскалима или пси (фунти по квадратном инчу у енглеској кратици).

Ево неких од ових метода:

Сцхоландер пумпа или комора под притиском

Ако желите да измерите водени потенцијал биљке, можете користити комору под притиском или Сцхоландер пумпу. Састоји се од херметички затворене коморе у коју је постављен цео лист (лист са петељком).

Мерење воденог потенцијала листа са комором под притиском. Извор: Прессуребомб.свг: Аибдесцалзодеривативни рад: Аибдесцалзо / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0)

Тада се притисак у комори повећава увођењем гаса под притиском, мерењем притиска који се постиже помоћу манометра. Притисак гаса на листу расте, до тачке када вода садржана у њему истјече кроз васкуларно ткиво петиоле.

Притисак који манометар показује када вода напусти лист одговара воденом потенцијалу листа.

Сонде за притисак

Постоји неколико алтернатива за мерење водног потенцијала помоћу посебних инструмената који се називају тлачне сонде. Дизајнирани су за мерење водног потенцијала тла, заснивајући се углавном на матричном потенцијалу.

На пример, постоје дигиталне сонде које раде на основу увођења порозне керамичке матрице спојене на сензор влажности у тло. Ова керамика хидрира се водом унутар земље док не постигне равнотежу између водног потенцијала унутар керамичке матрице и воденог потенцијала тла.

Након тога, сензор одређује садржај влаге у керамици и процењује водени потенцијал тла.

Микрокапиларна сонда са притиском

Постоје и сонде способне за мерење водног потенцијала у биљним ткивима, попут стабљике биљке. Модел се састоји од веома танке цеви с финим врхом (микроцеличне цеви) која се убацује у ткиво.

Након продирања у живо ткиво, раствор садржан у ћелијама следи потенцијални градијент који је дефинисан притиском који се налази у стабљици и уводи се у микропил. Када течност из стабљике уђе у цев, она гура уље које се налази у њој и активира сонду за притисак или манометар који даје вредност која одговара потенцијалу воде

Варијације у тежини или запремини

Да би се измерио потенцијал воде на основу осмотског потенцијала, могу се утврдити варијације у тежини ткива уроњеног у растворе у различитим концентрацијама раствора. За то се припрема низ епрувета, од којих свака садржи повећану концентрацију раствора, на пример сахарозе (шећера).

Односно, ако у свакој епрувети има 10 ццм воде, у прву се епизоду додаје 1 мг сахарозе, у другу и 2 мг у последњу. Тако имамо све већу концентрацију сахарозе.

Затим се одсече 5 одсека једнаке и познате тежине из ткива чији се водени потенцијал треба утврдити (на пример, комадићи кромпира). Затим се постави део у сваку епрувету и после 2 сата одсеци ткива се одстране и одмери.

Очекивани резултати и интерпретација

Очекује се да ће неки комади изгубити тежину од губитка воде, други ће добити на тежини јер су апсорбовали воду, а други ће задржати тежину.

Они који су изгубили воду налазили су се у раствору где је концентрација сахарозе била већа од концентрације раствора у ткиву. Због тога је вода текла према градијенту осмотског потенцијала од највеће концентрације до најниже, а ткиво је изгубило воду и тежину.

Супротно томе, ткиво које је добило воду и тежину налазило се у раствору са нижом концентрацијом сахарозе у односу на концентрацију раствора у ткиву. У овом случају, градијент осмотског потенцијала погодовао је уласку воде у ткиво.

Коначно, у том случају у којем је ткиво задржало своју првобитну тежину, закључује се да концентрација у којој је пронађена има исту концентрацију раствора. Стога ће ова концентрација одговарати воденом потенцијалу испитиваног ткива.

Примери

Апсорпција воде од стране биљака

30 метара високо дрво мора да транспортује воду са земље до последњег листа, и то се врши преко васкуларног система. Овај систем је специјализовано ткиво сачињено од ћелија које су мртве и изгледају као врло танке цевчице.

Кретање воде у биљкама. Извор: Лаурел Јулес / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0)

Транспорт је могућ захваљујући разликама у воденом потенцијалу који настају између атмосфере и листа, који се заузврат преноси у васкуларни систем. Лист губи воду у плиновитом стању због веће концентрације водене паре у њему (већи водени потенцијал) у поређењу са околином (нижи потенцијал воде).

Губитак паре ствара негативан притисак или усисавање који присиљава воду из посуда васкуларног система према лисној лопатици. Ово усисавање се преноси од посуде до посуде све док не стигне до корена, где ћелије и међућелијски простори упијају воду апсорбирану из земље.

Вода из тла продире у корен због разлике у осмотском потенцијалу између воде у ћелијама епидермиса и оне у земљи. То се дешава зато што ћелије у коренима имају растворе у већој концентрацији од воде из тла.

Муцилагес

Многе биљке у сувом окружењу задржавају воду производећи слуз (вискозну супстанцу) која се чува у њиховим вакуумима. Ови молекули задржавају воду смањујући своју слободну енергију (низак потенцијал воде), у овом случају је матрична компонента водног потенцијала пресудна.

Повишен резервоар за воду

У случају водовода на повишеном резервоару, исти се пуни водом због утицаја потенцијала притиска. Компанија која пружа услугу воде, врши притисак на њу хидрауличним пумпама и на тај начин превазилази силу гравитације да дође до резервоара.

Једном када се резервоар напуни, вода се из њега дистрибуира захваљујући потенцијалној разлици између воде која се чува у резервоару и испуштања воде у кући. Отварањем славине успоставља се гравитациони градијент између воде у славини и оне у резервоару.

Стога вода у резервоару има већу слободну енергију (већи потенцијал воде) и пада углавном због силе гравитације.

Дифузија воде у тлу

Главна компонента водног потенцијала тла је матрични потенцијал, имајући у виду силу адхезије која се успоставља између глине и воде. С друге стране, потенцијал гравитације утиче на вертикални градијент померања воде у тло.

Многи процеси који се одвијају у земљи зависе од слободне енергије воде садржане у тлу, односно од његовог водног потенцијала. Ови процеси укључују исхрану и транспирацију биљака, инфилтрацију кишнице и испаравање воде из тла.

У пољопривреди је важно одредити водни потенцијал тла да се правилно примјењују наводњавање и гнојидба. Ако је потенцијални раст тла врло висок, вода ће остати везана за глине и неће бити на располагању биљкама да их апсорбирају.

Референце

1. Буссо, Калифорнија (2008). Употреба тлачне коморе и психрометра термоелемента за одређивање хидричних односа у биљним ткивима. ΦИТОН.
2. Куинтал-Ортиз, ВЦ, Перез-Гутиеррез, А., Латоурнерие-Морено, Л., Маи-Лара, Ц., Руиз-Санцхез, Е. и Мартинез-Цхацон, АЈ (2012). Потрошња воде, потенцијал воде и принос хабанеро паприке (Ц апсицум цхиненсе Ј ацк.). Магазин Фитотецниа Мекицана.
3. Салисбури, ФБ и Росс, ЦВ (1991). Физиологија биљака. Вадсвортх Публисхинг.
4. Сцхоландер, П., Брадстреет, Е., Хеммингсен, Е. и Хаммел, Х. (1965). Сочни притисак у васкуларним биљкама: Негативни хидростатички притисак се може измерити у биљкама. Наука.
5. Скуео, ФА (2007). Водени и хидрирани потенцијал. У: Скуео, ФА и Цардемил, Л. (ур.). Физиологија биљака. Издања Универзитета Ла Серена