POTENSYAL NG TUBIG: MGA SANGKAP, PAMAMARAAN AT HALIMBAWA - KAPALIGIRAN - 2025

Ang potensyal ng tubig ay ang libreng enerhiya o may kakayahang gumawa ng trabaho, na may isang tiyak na dami ng tubig. Kaya, ang tubig sa tuktok ng isang talon o talon ay may mataas na potensyal na tubig na, halimbawa, ay may kakayahang ilipat ang turbine.

Ang simbolo na ginagamit upang sumangguni sa potensyal ng tubig ay ang kabisera ng lenggong Greek na tinatawag na psi, na kung saan ay nakasulat Ψ. Ang potensyal ng tubig ng anumang sistema ay sinusukat patungkol sa potensyal ng tubig ng dalisay na tubig sa ilalim ng mga kundisyon na itinuturing na pamantayan (presyon ng 1 na kapaligiran at ang parehong taas at temperatura ng system na mapag-aralan).

Osmotic potensyal. Pinagmulan: Kade Kneeland / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Ang mga kadahilanan na tumutukoy sa potensyal ng tubig ay ang gravity, temperatura, pressure, hydration at ang konsentrasyon ng mga solute na naroroon sa tubig. Ang mga kadahilanang ito ay tinutukoy ang pagbuo ng mga potensyal na gradients ng tubig at ang mga gradients ay humimok sa pagsasabog ng tubig.

Sa ganitong paraan, ang tubig ay gumagalaw mula sa isang site na may mataas na potensyal na tubig sa isa pang may mababang potensyal na tubig. Ang mga sangkap ng potensyal ng tubig ay ang potensyal na osmotic (konsentrasyon ng mga solute sa tubig), potensyal na matric (pagdidikit ng tubig sa mga butas na butil), potensyal na gravitational at potensyal ng presyon.

Ang kaalaman sa potensyal ng tubig ay mahalaga upang maunawaan ang paggana ng iba't ibang mga hydrological at biological phenomena. Kasama dito ang pagsipsip ng tubig at sustansya ng mga halaman at pagdaloy ng tubig sa lupa.

Mga sangkap ng potensyal ng tubig

Ang potensyal ng tubig ay binubuo ng apat na sangkap: potensyal ng osmotiko, potensyal ng matris, potensyal ng gravitational at potensyal ng presyon. Ang pagkilos ng mga sangkap na ito ay tumutukoy sa pagkakaroon ng mga potensyal na gradients ng hydric.

Osmotic potensyal (Ψs)

Karaniwan, ang tubig ay wala sa dalisay na estado nito, yamang natunaw nito ang mga solido sa loob nito (mga solute), tulad ng mga asing-gamot sa mineral. Ang potensyal ng osmotic ay ibinibigay ng konsentrasyon ng mga solute sa solusyon.

Ang mas mataas na halaga ng mga natunaw na solute, walang gaanong libreng enerhiya ng tubig, iyon ay, mas kaunting potensyal ng tubig. Samakatuwid, sinusubukan ng tubig na magtatag ng isang balanse sa pamamagitan ng pag-agos mula sa mga solusyon na may isang mababang konsentrasyon ng mga solute sa mga solusyon na may mataas na konsentrasyon ng mga solute.

Matric o matrix potensyal (Ψm)

Sa kasong ito, ang tinutukoy na kadahilanan ay ang pagkakaroon ng isang hydratable material matrix o istraktura, iyon ay, mayroon itong isang pagkakaugnay sa tubig. Ito ay dahil sa mga puwersa ng pagdirikit na nilikha sa pagitan ng mga molekula, lalo na ang mga bono ng hydrogen na nabuo sa pagitan ng mga molekula ng tubig, mga atomo ng oxygen, at mga pangkat na hydroxyl (OH).

Halimbawa, ang pagdidikit ng tubig sa mga clays ng lupa ay isang kaso ng potensyal ng tubig batay sa potensyal ng matrikula. Ang mga matris sa pamamagitan ng pag-akit ng tubig ay bumubuo ng isang positibong potensyal ng tubig, samakatuwid ang tubig sa labas ng matrix ay dumadaloy patungo dito at may posibilidad na manatili sa loob habang nangyayari ito sa isang espongha.

Taas o potensyal na potensyal (Ψg)

Ang puwersa ng gravitational ng Earth ay sa kasong ito ang isa na nagtatatag ng potensyal na gradient, dahil ang tubig ay may posibilidad na mahulog pababa. Ang tubig na matatagpuan sa isang tiyak na taas ay may isang libreng enerhiya na tinutukoy ng pang-akit na inilalabas ng Earth sa masa nito.

Ang paggalaw ng tubig sa pamamagitan ng grabidad. Pinagmulan: Bilal ahmad / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Halimbawa, ang tubig sa isang nakataas na tangke ng tubig ay malayang bumaba sa pipe at naglalakbay kasama ang kinetic (paggalaw) na enerhiya hanggang sa maabot ang gripo.

Mga potensyal ng presyur (Ψp)

Sa kasong ito, ang tubig sa ilalim ng presyon ay may mas malaking libreng enerhiya, iyon ay, mas malaking potensyal ng tubig. Samakatuwid, ang tubig na ito ay lilipat mula sa kung saan ito ay nasa ilalim ng presyon sa kung saan wala ito, at dahil dito walang gaanong libreng enerhiya (mas kaunting potensyal ng tubig).

Halimbawa, kapag bumaba ang dosis namin gamit ang isang dropper, sa pamamagitan ng pagpindot sa goma knob kami ay nag-aaplay ng isang presyon na nagbibigay enerhiya sa tubig. Dahil sa mas mataas na libreng enerhiya, gumagalaw ang tubig sa labas kung saan mas mababa ang presyon.

Mga pamamaraan upang matukoy ang potensyal ng tubig

Mayroong iba't ibang mga pamamaraan para sa pagsukat ng potensyal ng tubig, ang ilan ay angkop para sa lupa, ang iba para sa mga tisyu, para sa mga mekanikal na haydroliko na sistema at iba pa. Ang potensyal ng tubig ay katumbas ng mga yunit ng presyon at sinusukat sa mga atmospheres, bar, pascals o psi (pounds per square inch sa acronym nito sa Ingles).

Narito ang ilan sa mga pamamaraan na ito:

Scholander Pump o Pressure Chamber

Kung nais mong sukatin ang potensyal ng tubig ng isang dahon ng halaman, maaari kang gumamit ng isang silid ng presyon o pump ng Scholander. Ito ay binubuo ng isang airtight chamber kung saan inilalagay ang buong dahon (sheet kasama ang petiole).

Pagsukat ng potensyal ng tubig ng isang dahon na may isang silid na presyon. Pinagmulan: Pressurebomb.svg: Aibdescalzoderivative na gawa: Aibdescalzo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Pagkatapos ang presyon sa loob ng kamara ay nadagdagan sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang presyur na gas, pagsukat ng presyon na maaabot sa pamamagitan ng isang manometer. Ang presyon ng gas sa dahon ay tumataas, hanggang sa punto kung saan ang tubig na nilalaman nito ay bumubulusok sa pamamagitan ng vascular tissue ng petiole.

Ang presyon na ipinahiwatig ng manometer kapag ang tubig ay umalis sa dahon ay tumutugma sa potensyal ng tubig ng dahon.

Mga pagsubok sa presyon

Mayroong maraming mga alternatibo upang masukat ang potensyal ng tubig gamit ang mga espesyal na instrumento na tinatawag na pressure probes. Ang mga ito ay dinisenyo upang masukat ang potensyal ng tubig ng lupa, na pangunahing batay sa potensyal ng matrikula.

Halimbawa, mayroong mga digital na probes na gumagana sa batayan ng pagpapakilala ng isang maliliit na keramik na matrix na konektado sa isang sensor ng halumigmig sa lupa. Ang ceramic na ito ay hydrated na may tubig sa loob ng lupa hanggang sa maabot ang isang balanse sa pagitan ng potensyal ng tubig sa loob ng ceramic matrix at ang potensyal ng tubig ng lupa.

Kasunod nito, tinutukoy ng sensor ang kahalumigmigan na nilalaman ng karamik at tinantya ang potensyal ng tubig ng lupa.

Microcapillary na may pressure probe

Mayroon ding mga probes na may kakayahang masukat ang potensyal ng tubig sa mga tisyu ng halaman, tulad ng stem ng isang halaman. Ang isang modelo ay binubuo ng isang napaka manipis, pinong tubo (micropillar tube) na ipinasok sa tisyu.

Sa pagtagos ng nabubuhay na tisyu, ang solusyon na nilalaman sa mga selula ay sumusunod sa isang potensyal na gradient na tinukoy ng presyon na nilalaman sa stem at ipinakilala sa micropyle. Kapag ang likido mula sa stem ay pumapasok sa tubo, itinutulak nito ang isang langis na nilalaman nito na nagpapa-aktibo ng isang pressure probe o manometro na nagtatalaga ng isang halaga na naaayon sa potensyal ng tubig

Mga pagkakaiba-iba sa timbang o dami

Upang masukat ang potensyal ng tubig batay sa potensyal ng osmotic, ang mga pagkakaiba-iba ng bigat ng isang tisyu na nalubog sa mga solusyon sa iba't ibang mga konsentrasyon ng isang solitiko ay maaaring matukoy. Para sa mga ito, ang isang serye ng mga tubo ng pagsubok ay inihanda, ang bawat isa ay may kilalang pagtaas ng konsentrasyon ng isang solute, halimbawa sucrose (asukal).

Sa madaling salita, kung mayroong 10 cc ng tubig sa bawat isa sa 5 tubes, ang 1 mg ng sukrosa ay idinagdag sa unang tubo, 2 mg sa pangalawa, at sa gayon ay hanggang sa 5 mg sa huli. Kaya mayroon kaming isang tumataas na baterya ng mga sukat na sucrose.

Pagkatapos, 5 mga seksyon ng pantay at kilalang timbang ay pinutol mula sa tisyu na ang potensyal ng tubig ay matutukoy (halimbawa ng mga piraso ng patatas). Ang isang seksyon ay pagkatapos ay inilalagay sa bawat test tube at pagkatapos ng 2 oras, ang mga seksyon ng tisyu ay tinanggal at timbang.

Inaasahang resulta at interpretasyon

Ang ilang mga piraso ay inaasahan na mawalan ng timbang mula sa pagkawala ng tubig, ang iba ay makakakuha ng timbang dahil sumisipsip sila ng tubig, at ang iba pa ay magpapanatili ng bigat.

Ang mga nawalang tubig ay nasa isang solusyon kung saan ang konsentrasyon ng sukrose ay mas malaki kaysa sa solusyong konsentrasyon sa loob ng tisyu. Samakatuwid, ang tubig ay dumaloy ayon sa gradient ng osmotic potensyal mula sa pinakamataas na konsentrasyon hanggang sa pinakamababa, at nawala ang tubig at timbang ng tissue.

Sa kaibahan, ang tisyu na nakakuha ng tubig at timbang ay nasa isang solusyon na may mas mababang konsentrasyon ng sukrosa kaysa sa konsentrasyon ng mga solute sa loob ng tisyu. Sa kasong ito, ang osmotic potensyal na gradient ay pinapaboran ang pagpasok ng tubig sa tisyu.

Sa wakas, sa kasong iyon kung saan pinapanatili ng tisyu ang orihinal na timbang nito, inilahad na ang konsentrasyon kung saan ito natagpuan ay may parehong konsentrasyon ng solitiko. Samakatuwid, ang konsentrasyon na ito ay tumutugma sa potensyal ng tubig ng tissue na pinag-aralan.

Mga halimbawa

Pagsipsip ng tubig sa pamamagitan ng mga halaman

Ang isang 30 m matataas na puno ay kailangang magdala ng tubig mula sa lupa hanggang sa huling dahon, at ginagawa ito sa pamamagitan ng vascular system nito. Ang sistemang ito ay isang dalubhasang tisyu na binubuo ng mga cell na patay at mukhang napaka manipis na tubo.

Ang paggalaw ng tubig sa mga halaman. Pinagmulan: Laurel Jules / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Posible ang transportasyon salamat sa mga pagkakaiba-iba ng mga potensyal ng tubig na nabuo sa pagitan ng kapaligiran at dahon, na kung saan ay ipinapadala sa vascular system. Ang dahon ay nawawalan ng tubig sa estado ng gas dahil sa mas mataas na konsentrasyon ng singaw ng tubig sa loob nito (mas mataas na potensyal ng tubig) kumpara sa kapaligiran (mas mababa ang potensyal ng tubig).

Ang pagkawala ng singaw ay bumubuo ng isang negatibong presyon o pagsipsip na pinipilit ang tubig mula sa mga sisidlan ng vascular system patungo sa talim ng dahon. Ang pagsipsip na ito ay ipinadala mula sa daluyan patungo sa daluyan hanggang sa pag-abot sa ugat, kung saan ang mga cell at intercellular na puwang ay na-imbis ng tubig na hinihigop mula sa lupa.

Ang tubig na nagmumula sa lupa ay tumagos sa ugat dahil sa pagkakaiba sa potensyal ng osmotic sa pagitan ng tubig sa mga epidermis cells ng ugat at ng lupa. Nangyayari ito dahil ang mga ugat ng cell ay may mga solute sa mas mataas na konsentrasyon kaysa sa tubig sa lupa.

Mga mucilages

Maraming mga halaman sa dry environment ang nagpapanatili ng tubig sa pamamagitan ng paggawa ng mucilage (malagkit na sangkap) na nakaimbak sa kanilang mga vacuoles. Ang mga molekulang ito ay nagpapanatili ng tubig, binabawasan ang libreng enerhiya (mababa ang potensyal na tubig), sa kasong ito ang sangkap na matrikula ng potensyal ng tubig ay nagpapasya.

Isang nakataas na tangke ng tubig

Sa kaso ng isang sistema ng supply ng tubig batay sa isang mataas na tangke, ang parehong ay napuno ng tubig dahil sa epekto ng potensyal ng presyon. Ang kumpanya na nagbibigay ng serbisyo ng tubig, ay naglalagay ng presyur dito gamit ang haydroliko na mga bomba at sa gayon ay nagtagumpay ang lakas ng grabidad upang maabot ang tangke.

Kapag ang tangke ay puno, ang tubig ay ipinamamahagi mula dito salamat sa isang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng tubig na nakaimbak sa tangke at ng mga water outlet sa bahay. Ang pagbubukas ng isang tap ay nagtatatag ng isang potensyal na potensyal na gradient sa pagitan ng tubig sa gripo at ng tangke.

Samakatuwid, ang tubig sa tangke ay may mas mataas na libreng enerhiya (mas mataas na potensyal ng tubig) at nahulog lalo na dahil sa lakas ng grabidad.

Pagkakalat ng tubig sa lupa

Ang pangunahing sangkap ng potensyal ng tubig sa lupa ay ang potensyal ng matrikula, na ibinigay na puwersa ng pagdirikit na itinatag sa pagitan ng mga clays at tubig. Sa kabilang banda, ang potensyal ng grabidad ay nakakaapekto sa vertical pag-aalis ng gradient ng tubig sa lupa.

Maraming mga proseso na nangyayari sa lupa ay nakasalalay sa libreng enerhiya ng tubig na nilalaman sa lupa, ibig sabihin ay sa potensyal ng tubig nito. Kasama sa mga prosesong ito ang nutrisyon ng halaman at transpirasyon, paglusot ng tubig-ulan, at pagsingaw ng tubig mula sa lupa.

Sa agrikultura mahalaga upang matukoy ang potensyal ng tubig ng lupa upang maayos na mag-aplay ng patubig at pagpapabunga. Kung ang potensyal ng matris ng lupa ay napakataas, ang tubig ay mananatiling nakadikit sa mga clays at hindi magagamit para sa pagsipsip ng mga halaman.

Mga Sanggunian

1. Busso, CA (2008). Paggamit ng silid ng presyur at thermocouple psychrometer sa pagpapasiya ng hydric na relasyon sa mga tisyu ng halaman. ΦYTON.
2. Quintal-Ortiz, WC, Pérez-Gutiérrez, A., Latournerie-Moreno, L., May-Lara, C., Ruiz-Sánchez, E. at Martínez-Chacón, AJ (2012). Paggamit ng tubig, potensyal ng tubig at ani ng habanero pepper (C apsicum chinense J acq.). Magazine Fitotecnia Mexicana.
3. Salisbury, FB at Ross, CW (1991). Plant Physiology. Wadsworth Publishing.
4. Scholander, P., Bradstreet, E., Hemmingsen, E. at Hammel, H. (1965). Sap Pressure sa Vascular Plants: Ang negatibong presyur ng hydrostatic ay maaaring masukat sa mga halaman. Science.
5. Squeo, FA (2007). Potensyal ng Tubig at Hydric. Sa: Squeo, FA at Cardemil, L. (Eds.). Plant Physiology. Edisyon ng Unibersidad ng La Serena