Potencjalne elementy, metody i przykłady

On Potencjał wody Jest to bezpłatna energia lub jest w stanie wykonywać pracę, która ma daną objętość wody. Zatem woda na szczycie wodospadu lub skoku wodnego ma wysoki potencjał wody, który na przykład jest w stanie poruszyć turbinę.

Symbolem używanym do potencjału wody jest kapitał zwany psi, który jest zapisany ψ. Potencjał wodny dowolnego układu jest mierzony w odniesieniu do potencjału wody czystej wody w warunkach uznanych za standard (ciśnienie 1 atmosfery oraz ta sama wysokość i temperatura systemu, które należy zbadać).

Potencjał osmotyczny. Źródło: Kade Knealand/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)

Czynniki określające potencjał wody to grawitacja, temperatura, ciśnienie, nawodnienie i stężenie substancji rozpuszczonych w wodzie. Czynniki te określają, że powstają stopnie potencjału wody, a gradienty napędzają dyfuzję wody.

W ten sposób woda przesuwa się z jednego miejsca z dużym potencjałem wody do drugiego o niskim potencjale wody. Składnikami potencjału wody są potencjał osmotyczny (stężenie substancji rozpuszczonych w wodzie), potencjał mastryczny (przyleganie wody do macierzy porowatych), potencjał grawitacyjny i potencjał ciśnienia.

Znajomość potencjału wody jest niezbędna do zrozumienia funkcjonowania różnych zjawisk hydrologicznych i biologicznych. Wśród nich wchłanianie wody i składników odżywczych przez rośliny i przepływ wody w glebie.

[TOC]

Komponenty potencjalne wody

Potencjał wody powstaje przez cztery elementy: potencjał osmotyczny, potencjał mastryczny, potencjał grawitacyjny i potencjał ciśnienia. Działanie tych składników determinuje istnienie gradientów potencjału wody.

Potencjał osmotyczny (ψs)

Zwykle woda nie jest w najczystszym stanie, ponieważ ma w sobie substancje stałe (substancje rozpuszczone), takie jak sole mineralne. Potencjał osmotyczny podaje stężenie substancji rozpuszczonych w roztworze.

Im większa liczba rozpuszczonych substancji rozpuszczonych jest mniej energii wolnej od wody, to znaczy mniej potencjału wody. Dlatego woda próbuje ustalić równowagę przepływającą z roztworów o niskim stężeniu substancji rozpuszczonych do roztworów o wysokim stężeniu substancji rozpuszczonych.

Potencjał matematyczny lub matrycki (ψm)

W takim przypadku czynnikiem decydującym jest obecność hydratowalnej macierzy lub struktury materiału, to znaczy ma powinowactwo do wody. Wynika to z sił adhezji utworzonych między cząsteczkami, zwłaszcza mostów wodorowych utworzonych między cząsteczkami wody, atomami tlenu i grupami hydroksylowymi (OH).

Na przykład przyczepność wody do gliny gleby jest przypadkiem potencjału wody w oparciu o potencjał mastryczny. Te macierze przy przyciąganiu wody wytwarzają dodatni potencjał wody, dlatego woda poza matrycą płynie do niej i zwykle pozostaje w środku, tak jak to się dzieje w gąbce.

Potencjał grawitacyjny lub wysokości (ψg)

Siła grawitacyjna Ziemi jest w tym przypadku ta, która ustanawia potencjalny gradient, ponieważ woda będzie upaść. Woda znajdująca się na pewnej wysokości ma energię swobodną określoną przez przyciąganie, które Ziemia wywiera na masę.

Może ci służyć: zanieczyszczenie chemiczne: przyczyny, konsekwencje, przykłady Grawitacyjny ruch wody. Źródło: Bilal Ahmad/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)

Na przykład woda w zbiorniku na wysokim poziomie spada swobodnie przez rury i porusza się z tą energią kinetyczną (ruchem), aż dociera się.

Potencjał ciśnienia (ψp)

W tym przypadku ciśnienie pod ciśnieniem ma większą energię swobodną, ​​to znaczy większy potencjał wody. Dlatego woda ta przesunie się od miejsca, w którym jest poddawana ciśnieniu tam, gdzie nie ma, a zatem jest mniej energii swobodnej (mniej potencjału wody).

Na przykład, gdy dawka spada przez zakropek, podczas dokręcania gumowego pokrętła stosujemy ciśnienie, które nadaje energię do wody. Z powodu większej energii swobodnej woda przesuwa się na zewnątrz, gdzie ciśnienie jest niższe.

Metody określania potencjału wody

Istnieje różnorodność metod pomiaru potencjału wody, niektóre odpowiednie dla gleby, inne dla tkanek, dla mechanicznych układów hydraulicznych i innych. Potencjał wody jest równoważny jednostkom ciśnieniowym i jest mierzony w atmosferze, prętach, Pascalach lub PSI (funty na cal kwadratowy w akronimie w języku angielskim).

Poniżej znajdują się niektóre z tych metod:

Kamera ciśnieniowa lub pompa Scholand

Jeśli chcesz zmierzyć potencjał wodny liścia rośliny, możesz użyć ciśnienia lub pompy Scholand lub pompy. Składa się z komory hermetycznej, w której umieszcza się cały arkusz (arkusz z jego ogonkiem).

Potencjał wody pomiar arkusza z komorą ciśnieniową. Źródło: Pressbomb.SVG: AIBDESCALZODERIVATION PRACY: AIBDESCALZO/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)

Następnie ciśnienie jest zwiększane wewnątrz komory poprzez wprowadzenie gazu pod ciśnieniem, mierząc ciśnienie osiągane przez manometrę. Ciśnienie gazowe na liść rośnie, do tego stopnia, że ​​woda zawarta w tych kiełkach przez tkankę naczyniową ogonki.

Ciśnienie wskazane przez manometrę, gdy woda opuszcza arkusz, odpowiada potencjału wody tego samego.

Sondy ciśnieniowe

Istnieje kilka alternatywnych pomiaru potencjału wody przez specjalne instrumenty zwane sondami ciśnieniowymi. Istnieją do pomiaru potencjału wodnego gleby, opartej głównie na potencjale mastrycznym.

Na przykład istnieją sondy cyfrowe, które działają na podstawie wprowadzenia do ziemi porowatą matrycę ceramiczną podłączoną do czujnika wilgoci. Ta ceramika jest nawilżana wodą wewnątrz ziemi, aż do osiągnięcia równowagi między potencjałem wody w matrycy ceramicznej a potencjałem wody w glebie.

Następnie czujnik określa zawartość wilgotności ceramiki i szacuje potencjał wody w glebie.

Mikrokapilary z sondą ciśnieniową

Istnieją również sondy zdolne do pomiaru potencjału wody w tkankach roślinnych, takich jak łodyga roślinna. Model składa się z bardzo cienkiej rurki z drobnej końcówki (rurka mikropilarna), która jest wprowadzana do tkanki.

Może ci służyć: ekosystem leśny: cechy, flora, fauna, przykłady

Kiedy przeniknie żywą tkankę, roztwór zawarty w komórkach podąża za potencjalnym gradientem zdefiniowanym przez ciśnienie zawarte w łodydze i jest wprowadzane do mikropilarki. Po płynie łodygi w rurce popycha zawarty w nim olej, który aktywuje ciśnienie lub manometrę, który przypisuje wartość odpowiadającą potencjałowi wody

Warianty masy lub objętości

Aby zmierzyć potencjał wody na podstawie potencjału osmotycznego, można określić zmiany masy tkanki zanurzonej w roztworze różnych stężeń substancji rozpuszczonej. W tym celu przygotowano serię rur testowych, każda z rosnącym znanym stężeniem substancji rozpuszczonej, na przykład sacharozy (cukier).

To znaczy, jeśli w każdej 5 probówkach znajduje się 10 cm3 wody, dodaje się ją w pierwszej rurce 1 mg sacharozy, w drugim 2 mg i tak do 5 mg w ostatnim. Dlatego mamy wiążącą baterię stężeń sacharozy.

Następnie 5 sekcji o równej i znanej masie tkanki jest pociętych, do których potencjał wody (na przykład kawałki ziemniaka). Następnie sekcja jest umieszczana w każdej probówki i w ciągu ostatnich 2 godzin, odcinki tkanek są ekstrahowane i ważone.

Oczekiwane wyniki i interpretacja

Oczekuje się, że niektóre elementy schudną z powodu utraty wody, inne zwiększą ją, ponieważ wchłoniły wodę, a inne zachowają wagę.

Ci, którzy tracą wodę, byli w roztworze, w którym stężenie sacharozy było większe niż stężenie substancji rozpuszczonych w tkance. Dlatego woda płynęła zgodnie z gradientem potencjału osmotycznego największego stężenia dla dziecka, a tkanka straciła wodę i wagę.

Przeciwnie, tkanka, która zyskała wodę i ciężar, była w roztworze o niższym stężeniu sacharozy niż stężenie substancji rozpuszczonych w tkance. W tym przypadku gradient potencjału osmotycznego faworyzował wejście wody do tkanki.

Wreszcie, w takim przypadku, w którym tkanka utrzymywała swoją pierwotną wagę, wywnioskowano, że stężenie, w którym miało równe stężenie substancji rozpuszczonej. Dlatego stężenie to będzie odpowiadało potencjałowi wody badanej tkanki.

Przykłady

Absorpcja wody przez rośliny

Drzewo o wysokości 30 m musi przetransportować wodę z ziemi do ostatniego arkusza, a odbywa się to przez jego układ naczyniowy. Ten system jest specjalistyczną tkaniną utworzoną przez komórki, które są martwe i są podobne do bardzo cienkich rur.

Ruch wody w roślinach. Źródło: Laurel Jules/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)

Transport jest możliwy dzięki różnicom potencjału wody, które są generowane między atmosferą a liściem, który z kolei jest przenoszony do układu naczyniowego. Arkusz traci wodę w stanie gazowym z powodu większego stężenia pary wodnej w IT (główny potencjał wody) w odniesieniu do środowiska (niewielki potencjał wody).

Może ci służyć: 20 zwierząt bezpłciowych i ich cechy

Utrata pary generuje podciśnienie lub ssanie, które napędza wodę z naczyń układu naczyniowego do arkusza arkusza. To ssanie jest przenoszone ze szkła na szkło, aż dotrze do korzenia, gdzie komórki międzykomórkowe i przestrzenie są osadzone z wody wchłoniętej w glebie.

Woda z ziemi wnika do korzenia ze względu na różnicę potencjału osmotycznego między wodą korzeni i komórek naskórka gleby. Dzieje się tak, ponieważ komórki korzeniowe mają substancje rozpuszczone w większym stężeniu niż woda w glebie.

Mucilages

Wiele suchych środowisk zatrzymuje wód wytwarzający wodę (substancja lepka), które są przechowywane w wakuolach. Cząsteczki te zachowują wodę, zmniejszając swobodną energię (pod potencjałem wody), będąc w tym przypadku misyjnym składnikiem potencjału wody.

Zbiornik na wysokim poziomie

W przypadku systemu dostarczania wody opartej na wysokim zbiorniku jest on wypełniony wodą ze względu na wpływ potencjału ciśnieniowego. Firma, która świadczy usługę wodną, ​​składa ją na ciśnienie przez pompy hydrauliczne, a tym samym wygasa siła grawitacji, aby dotrzeć do zbiornika.

Po wypełnieniu zbiornika woda jest rozdzielona z tej samej dzięki potencjalnej różnicy między wodą przechowywaną w zbiorniku a punktami wodnymi w domu. Podczas otwierania kranu ustalono gradient potencjału grawitacyjnego między wodą w ujściu zbiornika a zbiornikiem.

Dlatego woda zbiornika ma większą energię swobodną (większy potencjał wody) i spada głównie z powodu siły grawitacji.

Dyfuzja wody na ziemi

Głównym składnikiem potencjału wody gleby jest potencjał mastryczny, biorąc pod uwagę siłę przyczepności ustaloną między glinami a wodą. Z drugiej strony potencjał grawitacyjny wpływa na pionowy gradient przemieszczenia wody w glebie.

O wolnej energii wody zawartej w glebie, to znaczy jej potencjału wody, wiele procesów występujących w tym samym zależności. Wśród tych procesów są odżywianie i pocenie roślin, infiltracja wody deszczowej i odparowanie wody w glebie.

W rolnictwie ważne jest określenie potencjału wody gleby w celu właściwego zastosowania nawadniania i zapłodnienia. Jeśli potencjał martric gleby jest bardzo wysoki, woda pozostanie przyczepiona do gliny i nie będzie dostępna do wchłaniania przez rośliny.

Bibliografia

1. Busso, c.DO. (2008). Zastosowanie komory ciśnieniowej i psychrometrów do termokupli przy określaniu stosunków wody w tkankach roślinnych. Φyton.
2. Quintal-Ortiz, w.C., Pérez-Gutiérrez, a., Latournerie-moreno, l., May-Lara, c., Ruiz-Sánchez, e. i Martínez-Chacón, aby.J.(2012). Wykorzystanie wody, potencjału wody i wydajności habanero chili (cApsicum Chinense JACQ.). Meksykański magazyn Phytotechnika.
3. Salisbury, f.B. i Ross, C.W. (1991). Fizjologia roślin. Wadsworth Publishing.
4. Scholand, s. 1., Bradstreet, e., Hemmingsen, e. I Hammel, H. (1965). Ciśnienie soków w roślinach naczyniowych: ujemne ciśnienie hydrostatyczne można mierzyć w roślinach. Nauka.
5. Squeo, f.DO. (2007). Potencjał wody i wody. W: squeo, f.DO. I Cardemil, L. (Eds.). Fizjologia roślin. Editions University of La Serena