Vandens Potencialo Skaičiuoklė - Nemokamas Tirpalo ir Slėgio Įrankis

Kas yra vandens potencialas?

Vandens potencialo skaičiuoklė nustato bendrą augalo ląstelės arba tirpalo vandens potencialą (Ψw), sudėdama tirpiosios medžiagos potencialą (Ψs) ir slėgio potencialą (Ψp). Vandens potencialas rodo vandens polinkį judėti iš vienos vietos į kitą. Jis išreiškiamas megapaskaliais (MPa) – slėgio vienetu.

Vanduo visada juda iš didesnio vandens potencialo srities į mažesnio vandens potencialo sritį. Ši viena taisyklė paaiškina, kaip vanduo patenka į augalų šaknis, kyla stiebais ir pasišalina per lapus.

Vandens potencialo formulė

Skaičiuoklėje naudojama formulė:

Ψw = Ψs + Ψp

• Ψw — vandens potencialas, išreikštas MPa
• Ψs — tirpinio potencialas (dar vadinamas osmosiniu potencialu), išreikštas MPa
• Ψp — slėgio potencialas, išreikštas MPa

Gryno vandens, veikiamo atmosferos slėgio, vandens potencialas yra 0 MPa. Ši vertė yra atskaitos taškas. Ištirpusios medžiagos ir fizinis slėgis šį skaičių padidina arba sumažina.

Vandens potencialo komponentai

Tirpinio potencialas (Ψs)

Tirpiosios medžiagos potencialas rodo, kaip ištirpusios dalelės, pavyzdžiui, cukrūs ar druskos, veikia vandens energiją. Ištirpusios dalelės pritraukia ir sulaiko vandens molekules, todėl sumažėja vandens laisvoji energija. Dėl šios priežasties tirpiosios medžiagos potencialas visada yra nulinis arba neigiamas. Praskiesto tirpalo vertė yra artima 0 MPa. Koncentruoto tirpalo, pavyzdžiui, jūros vandens, vertė gali siekti maždaug -2,5 MPa.

Slėgio potencialas (Ψp)

Slėgio potencialas rodo fizinio slėgio poveikį vandeniui. Sveikos, vandens prisotintos augalo ląstelės viduje ląstelės turinys spaudžia ląstelės sienelę iš vidaus. Tai vadinama turgoriniu slėgiu; jis sukuria teigiamą slėgio potencialą, paprastai nuo +0,3 iki +0,8 MPa. Augalo vandens induose (ksilemoje) vanduo dažnai yra traukiamas, o ne stumiamas, todėl susidaro neigiamas slėgio potencialas, kartais mažesnis už -2,0 MPa.

Kaip apskaičiuoti vandens potencialą

1. Išmatuokite arba gaukite mėginio tirpinio potencialą, išreikštą MPa. Ši vertė paprastai būna neigiama arba lygi nuliui.
2. Išmatuokite arba gaukite mėginio slėgio potencialą, išreikštą MPa. Ši vertė gali būti teigiama, neigiama arba lygi nuliui.
3. Sudėkite abu skaičius. Gautas rezultatas yra vandens potencialas, Ψw.

Skaičiuoklė automatiškai atlieka šį sudėjimą, kai įvedamos abi vertės.

Skaičiavimo pavyzdys

Lapo mėginio tirpinio potencialas yra -0,7 MPa, o slėgio potencialas – +0,4 MPa.

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

Lapo vandens potencialas yra -0,3 MPa. Įdėtos į gryną vandenį (0 MPa), lapo ląstelės gautų vandens, nes vanduo juda didesnio potencialo link. Priglaustos prie dirvožemio vandens, kurio potencialas yra -0,5 MPa, lapo ląstelės vandens netektų, nes -0,5 MPa yra mažesnis už -0,3 MPa.

Antras pavyzdys: ląstelės Ψs = -1,8 MPa, o Ψp = +0,5 MPa.

Ψw = -1,8 + 0,5 = -1,3 MPa

Rezultato aiškinimas

Neigiamesnis vandens potencialas reiškia, kad vanduo patiria didesnę įtampą ir stipriau traukia aplinkinį vandenį. Mažiau neigiama arba teigiama vertė reiškia, kad vanduo yra lengviau prieinamas. Kai Ψs ir Ψp yra vienodo dydžio ir priešingų ženklų, pavyzdžiui, -0,5 MPa ir +0,5 MPa, bendra vertė yra 0 MPa. Augalo ląstelėje šis taškas vadinamas prasidedančios plazmolizės tašku: ląstelė ką tik prarado turgorinį slėgį, bet dar neatsitraukė nuo savo sienelės.

Vandens potencialo vienetai

Megapaskaliai (MPa) yra standartinis šiuolaikinės augalų fiziologijos vienetas. Senesnėje ar susijusioje literatūroje vartojami dar du vienetai:

• Barai: 1 bar = 0,1 MPa
• Kilopaskaliai (kPa), dažnai vartojami dirvožemio moksle: 1 MPa = 1 000 kPa

Kodėl svarbus vandens potencialas

Vandens potencialas paaiškina kelis kasdienius augalų procesus. Šaknys sugeria vandenį, kai šaknų vandens potencialas yra mažesnis už aplinkinio dirvožemio vandens potencialą. Lapai vysta, kai jie negali išlaikyti pakankamai mažo vandens potencialo, kad jų ląstelės išliktų standžios. Tyrėjai vandens potencialą naudoja lygindami, kaip skirtingos žemės ūkio augalų veislės toleruoja sausrą, o drėkinimo valdytojai – spręsdami, kada laukui reikia vandens. Prieš aušrą išmatuotas lapo vandens potencialas, maždaug nuo -0,2 iki -0,5 MPa, paprastai rodo, kad augalas gerai aprūpintas vandeniu; vidurdienį išmatuota -0,8–-1,5 MPa ar mažesnė vertė, priklausomai nuo rūšies, gali rodyti sausros sukeltą stresą.

Kadangi formulėje sudedami tik tirpinio ir slėgio potencialai, ji apima svarbiausius augalų ląstelių ir paprastų tirpalų komponentus. Dirvožemio vandens potencialas taip pat apima matricos potencialą, apibūdinantį prie dirvožemio dalelių susijungusį vandenį, todėl šiame supaprastintame dviejų narių skaičiavime į jį neatsižvelgiama.

Dažnai užduodami klausimai

Kas yra vandens potencialas paprastai paaiškinus? Tai matas, rodantis, kaip stipriai sistemoje esantis vanduo linkęs judėti. Vanduo teka iš didelio vandens potencialo į mažą vandens potencialą, panašiai kaip šiluma teka nuo karšto kūno prie šalto.

Kokia yra vandens potencialo formulė? Ψw = Ψs + Ψp, kur Ψw yra vandens potencialas, Ψs – tirpiosios medžiagos potencialas, o Ψp – slėgio potencialas. Visi trys dydžiai matuojami megapaskaliais.

Kodėl tirpiosios medžiagos potencialas paprastai yra neigiamas? Ištirpusios dalelės susijungia su vandens molekulėmis ir sumažina judėti galinčio laisvo vandens kiekį, todėl sumažėja vandens energija. Įprastos yra nulinės arba neigiamos vertės; tirpiosios medžiagos potencialas niekada nebūna teigiamas.

Ar vandens potencialas gali būti teigiamas? Taip, kai slėgio potencialas yra teigiamas ir didesnis už neigiamą tirpinio potencialą. Tai vyksta susidarant šaknų slėgiui, kuris naktį išstumia vandenį per lapų kraštus, taip pat kai kuriose specializuotose augalų ląstelėse.

Kuo skiriasi vandens potencialas ir vandens kiekis? Vandens kiekis yra esamo vandens kiekis. Vandens potencialas rodo, kiek tas vanduo yra prieinamas judėti. Du dirvožemiai gali sulaikyti tokį patį vandens kiekį, bet jų vandens potencialai gali labai skirtis, nes dirvožemio tekstūra lemia, kaip stipriai vanduo sulaikomas.

Ar ši skaičiuoklė atsižvelgia į dirvožemio matricos potencialą? Ne. Ji sudeda tik tirpiosios medžiagos potencialą ir slėgio potencialą, todėl tinka augalų ląstelėms ir paprastiems tirpalams. Vandens potencialas neprisotintame dirvožemyje taip pat priklauso nuo matricos potencialo, kurį reikia matuoti atskirai.