水ポテンシャル

多くの異なる要因が総水ポテンシャルに影響を与える可能性があり、これらのポテンシャルの合計が全体の水ポテンシャルと水の流れの方向を決定します。

Ψ=Ψ0+Ψ π+Ψp+Ψs+Ψv+Ψm{\ displaystyle \ Psi = \ Psi _ {0} + \ Psi _ {\ pi} + \ Psi _ {p} + \ Psi _ {s} + \ Psi _ {v} + \ Psi _ {m}}

ここで：

これらの要因はすべて、単位体積あたりの潜在的なエネルギーとして定量化され、これらの用語のさまざまなサブセットが特定のアプリケーションに使用される場合があります（例：植物または土壌）。アプリケーションに応じて、さまざまな条件も参照として定義されます。たとえば、土壌では、参照条件は通常、土壌表面の純水として定義されます。

圧力ポテンシャル編集

圧力ポテンシャルは機械的圧力に基づいており、植物細胞内の総水ポテンシャルの重要な要素です。水がセルに入ると、圧力ポテンシャルが増加します。水が細胞壁と細胞膜を通過すると、細胞内に存在する水の総量が増加し、細胞壁の構造的剛性とは反対の外向きの圧力がかかります。この圧力を作り出すことにより、植物は膨圧を維持することができ、それにより植物はその剛性を維持することができます。膨圧がないと、植物は構造を失い、しおれます。

植物細胞の潜在的な圧力は、通常、正です。原形質分離された細胞では、圧力ポテンシャルはほぼゼロです。陰圧電位は、水が植物の木部容器などの開放システムを通して引き出されるときに発生します。陰圧電位（しばしば張力と呼ばれる）に耐えることは、木部の重要な適応です。この張力は、圧力爆弾を使用して経験的に測定できます。

浸透ポテンシャル（溶質ポテンシャル）編集

純水は通常、浸透ポテンシャル（Ψπ{\ displaystyle \ Psi _ {\ pi}}）がゼロであり、この場合、溶質ポテンシャルが正になることはありません。溶質濃度（モル濃度）と溶質ポテンシャルの関係は、van “tHoff方程式で与えられます。

Ψπ= − M i RT {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi} = -MiRT}

ここで、M {\ displaystyle M}は溶質のモル濃度の濃度、i {\ displaystylei}はvan “t Hoff係数、溶解した式単位の量に対する溶液中の粒子の量の比率、R {\ displaystyle R }は理想的なガス定数であり、T {\ displaystyleT}は絶対温度です。

たとえば、溶質が水に溶解している場合、水分子は浸透を介して拡散する可能性が低くなります。溶質ではありません。溶液は、純水よりも水ポテンシャルが低く、したがって負の水ポテンシャルが高くなります。さらに、存在する溶質分子が多いほど、溶質ポテンシャルは負になります。

浸透ポテンシャルは、多くの生物にとって重要な意味を持っています。生きている細胞がより濃縮された溶液に囲まれている場合、細胞は周囲の環境のより負の水ポテンシャル（Ψw{\ displaystyle \ Psi _ {w}}）に水を失う傾向があります。これは、海水に生息する海洋生物や塩水環境で成長する塩生植物に当てはまります。植物細胞の場合、細胞からの水の流れは、最終的に原形質膜を細胞壁から引き離し、原形質分離を引き起こす可能性があります。ただし、ほとんどのプラントには、セル内の溶質を増やしてセルへの水の流れを促進し、膨圧を維持する機能があります。

この効果は、浸透圧発電所に電力を供給するために使用できます。

土壌溶液も浸透圧の可能性を経験します。浸透ポテンシャルは、土壌溶液中に無機溶質と有機溶質の両方が存在するために可能になります。水分子が溶質イオンまたは分子の周りにますます凝集するにつれて、水の移動の自由、したがって位置エネルギーが低下します。溶質の濃度が増加すると、土壌溶液の浸透ポテンシャルが低下します。水はより低いエネルギーレベルに向かって移動する傾向があるため、水はより高い溶質濃度のゾーンに向かって移動する必要があります。ただし、液体の水は、浸透ポテンシャルの高いゾーンと低いゾーンの間に半透膜が存在する場合にのみ、このような浸透ポテンシャルの違いに応じて移動します。半透膜が必要なのは、溶質が膜を通過するのを防ぎながら、水が膜を通過できるようにするためです。膜が存在しない場合、水ではなく溶質の動きによって濃度がほぼ等しくなります。

通常、土壌の領域は半透膜によって分割されないため、浸透ポテンシャルは通常、影響をほとんど受けません。土壌中の水の大量移動。一方、浸透ポテンシャルは、植物による水分摂取率に極端な影響を及ぼします。土壌が可溶性塩分を多く含む場合、浸透ポテンシャルは植物の根細胞よりも土壌溶液の方が低くなる可能性があります。そのような場合、土壌溶液は植物による水分摂取の速度を厳しく制限するでしょう。塩辛い土壌では、土壌水の浸透ポテンシャルが非常に低いため、若い苗木の細胞が崩壊し始めます（プラズマ分解）。

マトリックスポテンシャル（マトリックスポテンシャル）編集

水がが固体粒子（たとえば、土壌内の粘土または砂粒子）と接触している場合、水と固体の間の接着分子間力は大きく、重要になる可能性があります。水分子間の引力と組み合わされた水分子と固体粒子との間の力は、表面張力および固体マトリックス内のメニスカスの形成を促進する。次に、これらのメニスカスを破る力が必要です。マトリックス電位の大きさは、固体粒子間の距離（メニスカスの幅（毛細管現象とキャピラリーの両端での異なるPa））と固体マトリックスの化学組成（メニスカス、イオン引力による巨視的運動）に依存します。

多くの場合、マトリックスポテンシャルの絶対値は、上記の水ポテンシャルの他の成分と比較して比較的大きくなる可能性があります。マトリックスポテンシャルは、粒子表面近くの水のエネルギー状態を著しく低下させます。マトリックス電位による水の動きは遅いかもしれませんが、それでも植物の根に水を供給することやエンジニアリングアプリケーションでは非常に重要です。土壌マトリックスに引き付けられる水は純水よりもエネルギー状態が低いため、マトリックスポテンシャルは常に負です。マトリックスポテンシャルは、地下水面上の不飽和土壌でのみ発生します。マトリックス電位がゼロの値に近づくと、ほぼすべての土壌細孔が完全に水で満たされます。つまり、完全に飽和し、最大の保持能力があります。マトリックスポテンシャルは土壌によってかなり異なります。同様の多孔度の水分の少ない土壌ゾーンに水が排水される場合、マトリックスの電位は一般に-10〜-30kPaの範囲になります。