Калкулатор на воден потенциал - Безплатен инструмент за разтвор и налягане

Какво представлява водният потенциал?

Калкулаторът за воден потенциал изчислява общия воден потенциал (Ψw) на растителна клетка или разтвор, като събира потенциала на разтворените вещества (Ψs) и потенциала на налягането (Ψp). Водният потенциал измерва склонността на водата да се придвижва от едно място към друго. Той се изразява в мегапаскали (MPa), единица за налягане.

Водата винаги се придвижва от област с по-висок воден потенциал към област с по-нисък воден потенциал. Това единствено правило обяснява как водата навлиза в корените на растенията, издига се по стъблата и напуска растението през листата.

Формулата за водния потенциал

Формулата, използвана от калкулатора, е:

Ψw = Ψs + Ψp

• Ψw — воден потенциал, в MPa
• Ψs — осмотичен потенциал, наричан още солутен потенциал, в MPa
• Ψp — потенциал на налягането, в MPa

Чистата вода при атмосферно налягане има воден потенциал 0 МПа. Тази стойност е отправната точка. Разтворените вещества и физическото налягане повишават или понижават стойността спрямо нея.

Компоненти на водния потенциал

Потенциал на разтворените вещества (Ψs)

Потенциалът на разтворените вещества измерва влиянието на разтворените частици, например захари или соли, върху енергията на водата. Разтворените частици привличат и задържат водните молекули, което понижава свободната енергия на водата. Поради тази причина потенциалът на разтворените вещества винаги е нула или има отрицателна стойност. Разреден разтвор има стойност близка до 0 МПа. Концентриран разтвор, например морската вода, може да достигне приблизително -2,5 МПа.

Потенциал на налягането (Ψp)

Потенциалът на налягането измерва физическото налягане върху водата. В здрава, хидратирана растителна клетка клетъчното съдържимо натиска навън срещу клетъчната стена. Това се нарича тургорно налягане и създава положителен потенциал на налягането, обикновено между +0,3 и +0,8 МПа. Във водопроводящите тръби на растението — ксилема — водата често се изтегля, вместо да се избутва, което създава отрицателен потенциал на налягането, понякога под -2,0 МПа.

Как се изчислява водният потенциал

1. Измерете или определете потенциала на разтворените вещества в пробата в MPa. Тази стойност обикновено е отрицателна или равна на нула.
2. Измерете или установете потенциала на налягането на пробата в MPa. Тази стойност може да бъде положителна, отрицателна или нулева.
3. Съберете двете числа. Сборът е водният потенциал, Ψw.

Калкулаторът извършва това събиране автоматично, след като бъдат въведени и двете стойности.

Пример с решение

Проба от листо има осмотичен потенциал -0,7 МПа и потенциал на налягането +0,4 МПа.

Ψw = Ψs + Ψp Ψw = -0,7 + 0,4 Ψw = -0,3 МПа

Водният потенциал на листото е -0,3 МПа. Ако бъде поставено в чиста вода (0 МПа), клетките на листото ще поемат вода, тъй като водата се придвижва към по-високия потенциал. Ако бъде поставено в контакт с почвена вода при -0,5 МПа, клетките на листото вместо това ще загубят вода, защото -0,5 МПа е по-ниско от -0,3 МПа.

Втори пример: клетка има Ψs = -1,8 МПа и Ψp = +0,5 МПа.

Ψw = -1,8 + 0,5 = -1,3 МПа

Как се разчита резултатът

По-отрицателният воден потенциал означава, че водата е под по-голямо напрежение и упражнява по-силно привличане върху заобикалящата вода. По-слабо отрицателна или положителна стойност означава, че водата е по-свободно достъпна. Когато Ψs и Ψp са равни по абсолютна стойност и с противоположни знаци, например -0,5 МПа и +0,5 МПа, общата стойност е 0 МПа. В растителна клетка тази точка се нарича начална плазмолиза: клетката току-що е загубила тургорното си налягане, но все още не се е отделила от клетъчната стена.

Единици за воден потенциал

Мегапаскалите (MPa) са стандартната единица в съвременната физиология на растенията. В по-стара или свързана литература се срещат още две единици:

• Барове: 1 бар = 0,1 МПа
• Килопаскали (kPa), често използвани в почвознанието: 1 МПа = 1 000 кПа

Защо водният потенциал е важен

Водният потенциал обяснява няколко всекидневни процеса при растенията. Корените поглъщат вода, когато водният потенциал на корена е по-нисък от този на заобикалящата почва. Листата увяхват, когато не могат да поддържат достатъчно нисък воден потенциал, за да запазят клетките си изпълнени. Изследователите използват водния потенциал, за да сравняват устойчивостта на различни сортове култури към суша, а ръководителите на напояването го използват, за да определят кога дадено поле се нуждае от вода. Воден потенциал на листо преди изгрев от около -0,2 до -0,5 МПа обикновено показва, че растението е добре напоено; обедна стойност от -0,8 до -1,5 МПа или по-ниска може да показва воден стрес, в зависимост от вида.

Тъй като формулата комбинира само потенциала на разтворените вещества и потенциала на налягането, тя обхваща компонентите, които са най-важни за растителните клетки и простите разтвори. Водният потенциал на почвата включва и матричен потенциал, който описва водата, свързана с почвените частици, и той е пропуснат в това опростено изчисление с два члена.

Често задавани въпроси

Какво представлява водният потенциал с прости думи? Това е мярка за силата, с която водата в дадена система се стреми да се придвижва. Водата тече от висок воден потенциал към нисък воден потенциал, подобно на това как топлината се пренася от топло към студено.

Каква е формулата за водния потенциал? Ψw = Ψs + Ψp, където Ψw е водният потенциал, Ψs е потенциалът на разтворените вещества, а Ψp е потенциалът на налягането. И трите се измерват в мегапаскали.

Защо потенциалът на разтворените вещества обикновено е отрицателен? Разтворените частици свързват водните молекули и намаляват количеството свободна вода, достъпна за движение, което понижава енергията на водата. Типични са нулевите или отрицателните стойности; потенциалът на разтворените вещества никога не е положителен.

Може ли водният потенциал да бъде положителен? Да, когато потенциалът на налягането е положителен и по-голям по абсолютна стойност от отрицателния потенциал на разтворените вещества. Това се случва при кореново налягане, което изтласква вода от краищата на листата през нощта, както и в някои специализирани растителни клетки.

Каква е разликата между водния потенциал и водното съдържание? Водното съдържание е количеството налична вода. Водният потенциал показва доколко тази вода е достъпна за движение. Две почви могат да съдържат едно и също количество вода, но да имат много различни водни потенциали, защото структурата на почвата влияе върху това колко плътно е задържана водата.

Отчита ли този калкулатор матричния потенциал на почвата? Не. Той събира само потенциала на разтворените вещества и потенциала на налягането, което е точно за растителни клетки и прости разтвори. Водният потенциал на ненаситена почва зависи и от матричния потенциал, който изисква отделно измерване.