Ūdens Potenciāla Kalkulators - Brīva Šķīduma un Spiediena Rīks

Kas ir ūdens potenciāls?

Ūdens potenciāla kalkulators nosaka augu šūnas vai šķīduma kopējo ūdens potenciālu (Ψw), saskaitot tā šķīdinātās vielas potenciālu (Ψs) un spiediena potenciālu (Ψp). Ūdens potenciāls raksturo ūdens tieksmi pārvietoties no vienas vietas uz citu. To izsaka megapaskālos (MPa), kas ir spiediena mērvienība.

Ūdens vienmēr pārvietojas no apgabala ar augstāku ūdens potenciālu uz apgabalu ar zemāku ūdens potenciālu. Šis vienīgais princips izskaidro, kā ūdens iekļūst augu saknēs, paceļas pa stublājiem un izplūst caur lapām.

Ūdens potenciāla formula

Kalkulators izmanto šādu formulu:

Ψw = Ψs + Ψp

• Ψw — ūdens potenciāls, MPa
• Ψs — šķīduma potenciāls (saukts arī par osmotisko potenciālu), MPa
• Ψp — spiediena potenciāls, MPa

Tīra ūdens ūdens potenciāls atmosfēras spiedienā ir 0 MPa. Šī vērtība ir atskaites punkts. Izšķīdušās vielas un fizikālais spiediens šo skaitli palielina vai samazina.

Ūdens potenciāla komponenti

Šķīduma potenciāls (Ψs)

Šķīduma potenciāls raksturo izšķīdušu daļiņu, piemēram, cukuru vai sāļu, ietekmi uz ūdens enerģiju. Izšķīdušās daļiņas piesaista un saista ūdens molekulas, tādējādi samazinot ūdens brīvo enerģiju. Tāpēc šķīduma potenciāls vienmēr ir nulle vai negatīvs. Atšķaidītam šķīdumam vērtība ir tuva 0 MPa. Koncentrētā šķīdumā, piemēram, jūras ūdenī, tā var sasniegt aptuveni -2,5 MPa.

Spiediena potenciāls (Ψp)

Spiediena potenciāls raksturo fizikālo spiedienu uz ūdeni. Veselas, ar ūdeni apgādātas augu šūnas iekšējais saturs spiež uz āru pret šūnapvalku. To sauc par turgora spiedienu, un tas rada pozitīvu spiediena potenciālu, parasti no +0,3 līdz +0,8 MPa. Auga ūdeni vadošajos vadaudos jeb ksilēmā ūdens bieži tiek vilkts, nevis stumts, tādējādi radot negatīvu spiediena potenciālu, kas dažkārt ir mazāks par -2,0 MPa.

Kā aprēķināt ūdens potenciālu

1. Izmēriet vai noskaidrojiet parauga šķīduma potenciālu MPa. Šī vērtība parasti ir negatīva vai nulle.
2. Izmēriet vai noskaidrojiet parauga spiediena potenciālu MPa. Šī vērtība var būt pozitīva, negatīva vai nulle.
3. Saskaitiet abas vērtības. Summa ir ūdens potenciāls Ψw.

Kalkulators šo saskaitīšanu veic automātiski, tiklīdz ievadītas abas vērtības.

Aprēķina piemērs

Lapas parauga šķīduma potenciāls ir -0,7 MPa, bet spiediena potenciāls ir +0,4 MPa.

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

Lapas ūdens potenciāls ir -0,3 MPa. Ievietojot lapu tīrā ūdenī (0 MPa), lapas šūnas uzņemtu ūdeni, jo ūdens pārvietojas augstāka potenciāla virzienā. Novietojot to saskarē ar augsnes ūdeni, kura potenciāls ir -0,5 MPa, lapas šūnas tā vietā zaudētu ūdeni, jo -0,5 MPa ir zemāks par -0,3 MPa.

Otrs piemērs: šūnai šķīduma potenciāls Ψs = -1,8 MPa un spiediena potenciāls Ψp = +0,5 MPa.

Ψw = -1,8 + 0,5 = -1,3 MPa

Rezultāta interpretācija

Negatīvāks ūdens potenciāls nozīmē, ka ūdens atrodas lielākā spriegumā un spēcīgāk pievelk apkārtējo ūdeni. Mazāk negatīva vai pozitīva vērtība nozīmē, ka ūdens ir brīvāk pieejams. Ja Ψs un Ψp ir vienādi pēc lieluma, bet ar pretējām zīmēm, piemēram, -0,5 MPa un +0,5 MPa, kopējā vērtība ir 0 MPa. Auga šūnā šo stāvokli sauc par sākotnējo plazmolīzi: šūna tikko ir zaudējusi turgora spiedienu, bet vēl nav atrāvusies no šūnapvalka.

Ūdens potenciāla mērvienības

Megapaskāli (MPa) ir standarta mērvienība mūsdienu augu fizioloģijā. Vecākā vai saistītā literatūrā sastopamas vēl divas citas mērvienības:

• Bāri: 1 bar = 0,1 MPa
• Kilopaskāli (kPa), ko bieži izmanto augsnes zinātnē: 1 MPa = 1 000 kPa

Kāpēc ūdens potenciāls ir svarīgs

Ūdens potenciāls izskaidro vairākus ikdienā novērojamus procesus augos. Saknes uzsūc ūdeni, kad sakņu ūdens potenciāls ir zemāks par apkārtējās augsnes potenciālu. Lapas novīst, kad tās nespēj uzturēt pietiekami zemu ūdens potenciālu, lai šūnas paliktu stingras. Pētnieki izmanto ūdens potenciālu, lai salīdzinātu, cik labi dažādas kultūraugu šķirnes panes sausumu, bet apūdeņošanas vadītāji to izmanto, lai noteiktu, kad laukam nepieciešams ūdens. Ūdens potenciāls lapā pirms saullēkta aptuveni no -0,2 līdz -0,5 MPa parasti liecina, ka augs ir labi apgādāts ar ūdeni; pusdienlaika rādījums no -0,8 līdz -1,5 MPa vai zemāks atkarībā no sugas var liecināt par sausuma radītu stresu.

Tā kā formula apvieno tikai šķīduma un spiediena potenciālu, tā aptver komponentus, kas visvairāk attiecas uz augu šūnām un vienkāršiem šķīdumiem. Augsnes ūdens potenciāls ietver arī matricālo potenciālu, kas raksturo pie augsnes daļiņām saistīto ūdeni, un šis komponents vienkāršotajā divu locekļu aprēķinā nav iekļauts.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kas vienkāršiem vārdiem ir ūdens potenciāls? Tas ir mērs tam, cik izteikta ir ūdens pārvietošanās tendence sistēmā. Ūdens plūst no augsta ūdens potenciāla uz zemu ūdens potenciālu, līdzīgi kā siltums plūst no karsta uz aukstu.

Kāda ir ūdens potenciāla formula? Ψw = Ψs + Ψp, kur Ψw ir ūdens potenciāls, Ψs ir šķīduma potenciāls un Ψp ir spiediena potenciāls. Visus trīs lielumus mēra megapaskālos.

Kāpēc šķīduma potenciāls parasti ir negatīvs? Izšķīdušās daļiņas saista ūdens molekulas un samazina kustībai pieejamā brīvā ūdens daudzumu, tādējādi pazeminot ūdens enerģiju. Parasti vērtība ir nulle vai negatīva; šķīduma potenciāls nekad nav pozitīvs.

Vai ūdens potenciāls var būt pozitīvs? Jā, ja spiediena potenciāls ir pozitīvs un lielāks par negatīvo šķīduma potenciālu. Tas notiek sakņu spiediena laikā, kad ūdens naktī tiek izspiests no lapu malām, kā arī dažās specializētās augu šūnās.

Kāda ir atšķirība starp ūdens potenciālu un ūdens saturu? Ūdens saturs ir klātesošā ūdens daudzums. Ūdens potenciāls raksturo, cik pieejams šis ūdens ir pārvietošanai. Divās augsnēs var būt vienāds ūdens daudzums, bet ļoti atšķirīgi ūdens potenciāli, jo augsnes granulometriskais sastāvs ietekmē to, cik cieši ūdens tiek aizturēts.

Vai šis kalkulators ņem vērā augsnes matricālo potenciālu? Nē. Tas saskaita tikai šķīduma un spiediena potenciālu, kas ir precīzi augu šūnām un vienkāršiem šķīdumiem. Nepiesātinātas augsnes ūdens potenciālu ietekmē arī matricālais potenciāls, kas jānosaka ar atsevišķu mērījumu.