Componenti, metodi ed esempi potenziali idrici

Lui Potenziale idrico È energia libera o in grado di svolgere un lavoro, che ha un determinato volume d'acqua. Pertanto, l'acqua nella parte superiore di una cascata o un salto d'acqua ha un alto potenziale idrico che, ad esempio, è in grado di spostare una turbina.

Il simbolo usato per fare riferimento al potenziale idrico è la lettera maiuscola chiamata psi, che è scritta ψ. Il potenziale idrico di qualsiasi sistema è misurato in riferimento al potenziale idrico dell'acqua pura in condizioni considerate standard (pressione di 1 atmosfera e la stessa altezza e temperatura del sistema da studiare).

Potenziale osmotico. Fonte: Kade Knealand/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)

I fattori che determinano il potenziale idrico sono la gravità, la temperatura, la pressione, l'idratazione e la concentrazione dei soluti presenti in acqua. Questi fattori determinano che si formino i gradi del potenziale idrico e questi gradienti guidano la diffusione dell'acqua.

In questo modo, l'acqua si sposta da un luogo con un alto potenziale idrico a un altro con un basso potenziale idrico. I componenti del potenziale idrico sono il potenziale osmotico (concentrazione di soluti nell'acqua), potenziale mastrico (aderenza dell'acqua alle matrici porose), potenziale gravitazionale e potenziale di pressione.

La conoscenza del potenziale idrico è essenziale per comprendere il funzionamento di vari fenomeni idrologici e biologici. Tra questi l'assorbimento di acqua e sostanze nutritive da parte delle piante e il flusso di acqua nel terreno.

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Componenti potenziali idrici

Il potenziale idrico è formato da quattro componenti: potenziale osmotico, potenziale mastrico, potenziale gravitazionale e potenziale di pressione. L'azione di questi componenti determina l'esistenza di gradienti potenziali idrici.

Potenziale osmotico (ψs)

Normalmente l'acqua non è nel suo stato più puro, poiché ha solidi disciolti in essa (soluti), come i sali minerali. Il potenziale osmotico è dato dalla concentrazione di soluti nella soluzione.

Maggiore è il numero di soluti disciolti c'è meno energia priva di acqua, cioè meno potenziale idrico. Pertanto, l'acqua cerca di stabilire un equilibrio che scorre da soluzioni con bassa concentrazione di soluti a soluzioni con alta concentrazione di soluti.

Potenziale matrico o matrimoniale (ψm)

In questo caso, il fattore determinante è la presenza di una matrice o struttura del materiale idratabile, ovvero ha un'affinità per l'acqua. Ciò è dovuto alle forze di adesione create tra molecole, in particolare ponti idrogeno formati tra molecole d'acqua, atomi di ossigeno e gruppi idrossile (OH).

Ad esempio, l'adesione dell'acqua alle argille del terreno è un caso di potenziale idrico basato sul potenziale mastrico. Queste matrici quando attirano l'acqua generano un potenziale idrico positivo, quindi l'acqua fuori dalla matrice scorre verso di essa e tende a rimanere all'interno mentre accade in una spugna.

Potenziale gravitazionale o di altezza (ψg)

La forza gravitazionale della terra è in questo caso quella che stabilisce il potenziale gradiente, poiché l'acqua tende a cadere. L'acqua situata a una certa altezza ha un'energia libera determinata dall'attrazione che la terra esercita sulla sua massa.

Può servirti: inquinamento chimico: cause, conseguenze, esempi Movimento dell'acqua a gravità. Fonte: Bilal Ahmad/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)

Ad esempio, l'acqua in un serbatoio di acqua alta cade liberamente attraverso il tubo e si muove con quell'energia cinetica (movimento) fino a raggiungere il rubinetto.

Potenziale di pressione (ψp)

In questo caso, la pressione sotto pressione ha una maggiore energia libera, cioè un maggiore potenziale idrico. Pertanto, quest'acqua si sposterà da dove è soggetta a pressione in cui non esiste e di conseguenza c'è meno energia libera (meno potenziale idrico).

Ad esempio, quando dose scende attraverso un contagocce, quando si serve la manopola di gomma stiamo applicando una pressione che conferisce energia all'acqua. A causa di questa energia più libera, l'acqua si sposta verso l'esterno dove la pressione è inferiore.

Metodi per determinare il potenziale idrico

Esiste una diversità di metodi per misurare il potenziale idrico, alcuni adatti al suolo, altri per i tessuti, per i sistemi idraulici meccanici e altri. Il potenziale idrico è equivalente alle unità di pressione ed è misurato in atmosfere, barrette, pascals o psi (sterline per pollice quadrato nel suo acronimo in inglese).

Di seguito sono riportati alcuni di questi metodi:

La fotocamera a pressione o la pompa scolastica

Se si desidera misurare il potenziale idrico della foglia di una pianta, è possibile utilizzare una pompa o una pompa scolastica o una pompa. Questo è costituito da una camera ermetica in cui è posto l'intero foglio (foglio con il suo picciolo).

Misurazione del potenziale idrico di un foglio con una camera di pressione. Fonte: pressbomb.SVG: AibDescalzoDerivative Work: AibDescalzo/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)

Quindi la pressione viene aumentata all'interno della camera introducendo un gas pressurizzato, misurando la pressione che viene raggiunta per manometro. La pressione del gas sulla foglia aumenta, al punto in cui l'acqua contenuta in questi germogli dal tessuto vascolare del picciolo.

La pressione indicata dal manometro a pressione quando l'acqua lascia il foglio, corrisponde al potenziale idrico dello stesso.

Sonde di pressione

Esistono diverse alternative per misurare il potenziale idrico attraverso strumenti speciali chiamati sonde di pressione. Ci sono progettati per misurare il potenziale idrico del suolo, basato principalmente sul potenziale mastrico.

Ad esempio, ci sono sonde digitali che funzionano sulla base dell'introduzione nel terreno una matrice ceramica porosa collegata a un sensore di umidità. Questa ceramica è idratata con acqua all'interno del terreno fino a raggiungere l'equilibrio tra il potenziale idrico all'interno della matrice ceramica e il potenziale dell'acqua del suolo.

Successivamente, il sensore determina il contenuto di umidità della ceramica e stima il potenziale dell'acqua del suolo.

Microcapillare con sonda di pressione

Ci sono anche sonde in grado di misurare il potenziale idrico nei tessuti vegetali, come uno stelo vegetale. Un modello è costituito da un tubo molto sottile di punta fine (tubo micropillare) che viene introdotto nel tessuto.

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Quando il tessuto vivente penetra, la soluzione contenuta nelle cellule segue un potenziale gradiente definito dalla pressione contenuta nello stelo e viene introdotta nel micropilare. Sul fluido dello stelo nel tubo, spinge un olio contenuto in esso che attiva una pressione o una pressione che assegna un valore corrispondente al potenziale idrico

Variazioni di peso o volume

Per misurare il potenziale idrico in base al potenziale osmotico, possono essere determinate le variazioni di peso di un tessuto immerso nelle soluzioni a diverse concentrazioni di un soluto. Per questo, vengono preparate una serie di tubi di prova, ognuno con una concentrazione in crescita nota di un soluto, ad esempio saccarosio (zucchero).

Cioè, se in ogni 5 tubi ci sono 10 cc di acqua, viene aggiunto nel primo tubo 1 mg di saccarosio, nel secondo 2 mg e quindi fino a 5 mg nell'ultimo. Pertanto abbiamo una batteria vincolante di concentrazioni di saccarosio.

Quindi vengono tagliate 5 sezioni di peso uguale e noto del tessuto a cui è desiderato determinare il potenziale idrico (ad esempio pezzi di patata). Successivamente, una sezione viene posizionata in ciascun tubo di prova e passate 2 ore, le sezioni tissutali vengono estratte e pesate.

Risultati attesi e interpretazione

Alcuni pezzi dovrebbero perdere peso per la perdita d'acqua, altri lo avranno aumentato perché hanno assorbito l'acqua e altri manterranno il peso.

Coloro che perdono l'acqua erano in una soluzione in cui la concentrazione di saccarosio era maggiore della concentrazione di soluti all'interno del tessuto. Pertanto l'acqua scorreva secondo il potenziale gradiente osmotico della più grande concentrazione con il bambino e il tessuto perse acqua e peso.

Al contrario, il tessuto che guadagnava acqua e peso era in una soluzione con una concentrazione inferiore di saccarosio rispetto alla concentrazione di soluti all'interno del tessuto. In questo caso, il potenziale gradiente osmotico ha favorito l'ingresso dell'acqua nel tessuto.

Infine, in quel caso in cui il tessuto ha mantenuto il suo peso originale, si è dedotto che la concentrazione in cui aveva una stessa concentrazione di soluto. Pertanto, questa concentrazione corrisponderà al potenziale idrico del tessuto studiato.

Esempi

Assorbimento d'acqua da parte delle piante

Un albero alto 30 m deve trasportare acqua da terra all'ultimo foglio, e questo viene fatto attraverso il suo sistema vascolare. Questo sistema è un tessuto specializzato formato da cellule morte e simili ai tubi molto sottili.

Movimento dell'acqua nelle piante. Fonte: Laurel Jules/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)

Il trasporto è possibile grazie alle differenze nel potenziale idrico che vengono generate tra l'atmosfera e la foglia, che a sua volta viene trasmessa al sistema vascolare. Il foglio perde acqua in uno stato gassoso a causa della maggiore concentrazione di vapore acqueo in esso (maggiore potenziale idrico) rispetto all'ambiente (potenziale acqua minore).

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La perdita di vapore genera una pressione negativa o aspirazione che spinge l'acqua dai vasi del sistema vascolare al foglio del foglio. Questa aspirazione viene trasmessa dal vetro a un vetro fino a raggiungere la radice, dove le cellule e gli spazi intercellulari sono incorporati dall'acqua assorbita dal suolo.

L'acqua da terra, penetra nella radice a causa di una differenza nel potenziale osmotico tra l'acqua delle cellule di epidermide della radice e del suolo. Ciò si verifica perché le cellule di radice hanno soluti in maggiore concentrazione rispetto all'acqua del suolo.

I mucillati

Molti ambienti asciutti trattengono l'acqua che producono mucillage (sostanza viscosa) che sono immagazzinate nei loro vacuole. Queste molecole mantengono l'acqua riducendo la loro energia libera (sotto il potenziale idrico), essendo in questo caso la componente missionaria del potenziale idrico.

Un serbatoio d'acqua alto

Nel caso di un sistema di fornitura di acqua basato su un serbatoio elevato, viene riempito con acqua a causa dell'effetto del potenziale di pressione. L'azienda che fornisce il servizio idrico, lo presenta per pressione da parte di pompe idrauliche e quindi scade la forza di gravità per raggiungere il serbatoio.

Una volta riempito il serbatoio, l'acqua viene distribuita dalla stessa grazie a una potenziale differenza tra l'acqua immagazzinata nel serbatoio e le prese idriche della casa. Quando si apri un rubinetto, viene stabilito un potenziale gradiente gravitazionale tra l'acqua nella bocca del serbatoio e il serbatoio.

Pertanto, l'acqua del serbatoio ha una maggiore energia libera (maggiore potenziale idrico) e diminuisce principalmente a causa della forza di gravità.

Diffusione dell'acqua sul terreno

Il componente principale del potenziale idrico del terreno è il potenziale mastrico, data la forza di adesione stabilita tra argille e acqua. D'altra parte, il potenziale di gravità influisce sul gradiente di spostamento verticale dell'acqua nel terreno.

Sull'energia libera dell'acqua contenuta nel terreno, cioè il suo potenziale idrico, molti processi che si verificano nello stesso dipendono. Tra questi processi ci sono la nutrizione e il sudore delle piante, l'infiltrazione dell'acqua piovana e l'evaporazione dell'acqua del suolo.

In agricoltura è importante determinare il potenziale idrico del terreno per applicare correttamente l'irrigazione e la fecondazione. Se il potenziale martrico del terreno è molto elevato, l'acqua rimarrà attaccata alle argille e non sarà disponibile per l'assorbimento da parte delle piante.

Riferimenti

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