Máy Tính Thế Năng Nước - Công Cụ Miễn Phí Về Dung Dịch & Áp Suất

Thế nước là gì?

Công cụ tính thế nước xác định tổng thế nước (Ψw) của tế bào thực vật hoặc dung dịch bằng cách cộng thế chất tan (Ψs) và thế áp suất (Ψp). Thế nước đo xu hướng nước di chuyển từ nơi này sang nơi khác. Đại lượng này được biểu thị bằng megapascals (MPa), một đơn vị áp suất.

Nước luôn di chuyển từ vùng có thế nước cao hơn đến vùng có thế nước thấp hơn. Quy tắc duy nhất này giải thích cách nước đi vào rễ cây, dâng lên qua thân và thoát ra qua lá.

Công thức tính thế nước

Công thức được công cụ tính sử dụng là:

Ψw = Ψs + Ψp

• Ψw — thế nước, tính bằng MPa
• Ψs — thế chất tan (còn gọi là thế thẩm thấu), tính bằng MPa
• Ψp — thế áp suất, tính bằng MPa

Nước tinh khiết ở áp suất khí quyển có thế nước bằng 0 MPa. Giá trị đó là mốc tham chiếu. Các chất hòa tan và áp suất vật lý làm giá trị tăng hoặc giảm so với mốc này.

Các thành phần của thế nước

Thế chất tan (Ψs)

Thế chất tan đo ảnh hưởng của các hạt hòa tan, chẳng hạn như đường hoặc muối, đến năng lượng của nước. Các hạt hòa tan hút và giữ các phân tử nước, làm giảm năng lượng tự do của nước. Vì lý do này, thế chất tan luôn bằng không hoặc âm. Dung dịch loãng có giá trị gần 0 MPa. Dung dịch đậm đặc, chẳng hạn như nước biển, có thể đạt khoảng -2,5 MPa.

Thế áp suất (Ψp)

Thế áp suất đo áp suất vật lý tác động lên nước. Bên trong một tế bào thực vật khỏe mạnh, đủ nước, các chất bên trong tế bào đẩy ra ngoài lên thành tế bào. Áp lực này được gọi là áp suất trương nước và tạo ra thế áp suất dương, thường nằm trong khoảng từ +0,3 đến +0,8 MPa. Trong các ống dẫn nước của cây (mạch gỗ), nước thường bị kéo thay vì bị đẩy, tạo ra thế áp suất âm, đôi khi thấp hơn -2,0 MPa.

Cách tính thế nước

1. Đo hoặc lấy giá trị thế chất tan của mẫu, tính bằng MPa. Giá trị này thường âm hoặc bằng không.
2. Đo hoặc lấy giá trị thế áp suất của mẫu, tính bằng MPa. Giá trị này có thể dương, âm hoặc bằng không.
3. Cộng hai giá trị với nhau. Tổng là thế nước, Ψw.

Công cụ tính tự động thực hiện phép cộng này sau khi cả hai giá trị được nhập.

Ví dụ minh họa

Một mẫu lá có thế chất tan là -0,7 MPa và thế áp suất là +0,4 MPa.

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

Thế nước của lá là -0,3 MPa. Nếu được đặt trong nước tinh khiết (0 MPa), các tế bào lá sẽ hút nước, vì nước di chuyển về phía có thế cao hơn. Nếu được đặt tiếp xúc với nước trong đất có thế -0,5 MPa, các tế bào lá sẽ mất nước, vì -0,5 MPa thấp hơn -0,3 MPa.

Ví dụ thứ hai: một tế bào có Ψs = -1,8 MPa và Ψp = +0,5 MPa.

Ψw = -1,8 + 0,5 = -1,3 MPa

Đọc kết quả

Thế nước càng âm thì nước càng chịu ứng suất lớn và kéo nước xung quanh càng mạnh. Giá trị ít âm hơn hoặc dương cho thấy nước sẵn có hơn để di chuyển. Khi Ψs và Ψp bằng nhau về độ lớn nhưng trái dấu, chẳng hạn như -0,5 MPa và +0,5 MPa, tổng bằng 0 MPa. Trong tế bào thực vật, trạng thái này được gọi là trạng thái bắt đầu co nguyên sinh: tế bào vừa mất áp suất trương nước nhưng chưa tách khỏi thành tế bào.

Đơn vị của thế nước

Megapascal (MPa) là đơn vị tiêu chuẩn trong sinh lý học thực vật hiện đại. Hai đơn vị khác xuất hiện trong các tài liệu cũ hơn hoặc có liên quan:

• Bar: 1 bar = 0,1 MPa
• Kilopascal (kPa), thường dùng trong khoa học đất: 1 MPa = 1.000 kPa

Vì sao thế nước quan trọng

Thế nước giải thích một số quá trình thường gặp ở thực vật. Rễ hấp thụ nước khi thế nước của rễ thấp hơn thế nước của đất xung quanh. Lá bị héo khi không thể duy trì thế nước đủ thấp để giữ cho các tế bào cứng chắc. Các nhà nghiên cứu dùng thế nước để so sánh khả năng chịu hạn của những giống cây trồng khác nhau, còn người quản lý tưới tiêu dùng chỉ số này để quyết định khi nào một cánh đồng cần nước. Thế nước của lá trước bình minh khoảng từ -0,2 đến -0,5 MPa thường cho thấy cây được cung cấp đủ nước; giá trị đo giữa trưa từ -0,8 đến -1,5 MPa hoặc thấp hơn có thể cho thấy cây bị căng thẳng do hạn hán, tùy loài.

Vì công thức chỉ kết hợp thế chất tan và thế áp suất, nó bao quát những thành phần phù hợp nhất với tế bào thực vật và các dung dịch đơn giản. Thế nước của đất còn bao gồm thế ma trận, mô tả lượng nước liên kết với các hạt đất, và thành phần này được bỏ qua trong phép tính đơn giản gồm hai số hạng.

Các câu hỏi thường gặp

Thế nước là gì, nói một cách đơn giản? Đó là đại lượng biểu thị xu hướng di chuyển của nước trong một hệ mạnh đến mức nào. Nước chảy từ nơi có thế nước cao đến nơi có thế nước thấp, tương tự như nhiệt truyền từ nơi nóng sang nơi lạnh.

Công thức tính thế nước là gì? Ψw = Ψs + Ψp, trong đó Ψw là thế nước, Ψs là thế chất tan và Ψp là thế áp suất. Cả ba đều được đo bằng megapascals.

Vì sao thế chất tan thường âm? Các hạt hòa tan liên kết với các phân tử nước và làm giảm lượng nước tự do có thể di chuyển, từ đó làm giảm năng lượng của nước. Giá trị bằng không hoặc âm là đặc trưng; thế chất tan không bao giờ dương.

Thế nước có thể dương không? Có, khi thế áp suất dương và lớn hơn thế chất tan âm. Điều này xảy ra trong áp suất rễ, khi áp suất đẩy nước ra khỏi mép lá vào ban đêm, và ở một số tế bào thực vật chuyên hóa.

Thế nước khác hàm lượng nước như thế nào? Hàm lượng nước là lượng nước hiện có. Thế nước cho biết nước đó sẵn có đến mức nào để di chuyển. Hai loại đất có thể chứa cùng một lượng nước nhưng có thế nước rất khác nhau, vì kết cấu đất ảnh hưởng đến mức độ đất giữ chặt nước.

Công cụ tính này có tính đến thế matric của đất không? Không. Công cụ chỉ cộng thế chất tan và thế áp suất, phù hợp với tế bào thực vật và các dung dịch đơn giản. Thế nước của đất trong đất chưa bão hòa còn phụ thuộc vào thế matric, thành phần cần được đo riêng.