Muchos factores diferentes pueden afectar el potencial hídrico total, y la suma de estos potenciales determina el potencial hídrico general y la dirección del flujo de agua:
Ψ = Ψ 0 + Ψ π + Ψ p + Ψ s + Ψ v + Ψ m {\ Displaystyle \ Psi = \ Psi _ {0} + \ Psi _ {\ pi} + \ Psi _ {p} + \ Psi _ {s} + \ Psi _ {v} + \ Psi _ {m}}
donde:
Todos estos factores se cuantifican como energías potenciales por unidad de volumen, y se pueden utilizar diferentes subconjuntos de estos términos para aplicaciones particulares ( por ejemplo, plantas o suelos). También se definen diferentes condiciones como referencia dependiendo de la aplicación: por ejemplo, en suelos, la condición de referencia se define típicamente como agua pura en la superficie del suelo.
Potencial de presiónEditar
Potencial de presión se basa en la presión mecánica y es un componente importante del potencial hídrico total dentro de las células vegetales. El potencial de presión aumenta cuando el agua entra en una celda. A medida que el agua pasa a través de la pared celular y la membrana celular, aumenta la cantidad total de agua presente dentro de la celda, lo que ejerce una presión hacia afuera que se opone a la rigidez estructural de la pared celular. Al crear esta presión, la planta puede mantener la turgencia, lo que permite que la planta mantenga su rigidez. Sin turgencia, las plantas perderán estructura y se marchitarán.
El potencial de presión en una célula vegetal suele ser positivo. En células plasmolizadas, el potencial de presión es casi cero. Los potenciales de presión negativos ocurren cuando se extrae agua a través de un sistema abierto, como un recipiente de xilema de una planta. Resistir los potenciales de presión negativa (con frecuencia llamados tensión) es una adaptación importante del xilema. Esta tensión se puede medir empíricamente usando la bomba de presión.
Potencial osmótico (potencial de soluto) Editar
El agua pura generalmente se define como que tiene un potencial osmótico (Ψ π {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi}}) de cero, y en este caso, el potencial de soluto nunca puede ser positivo. La relación entre la concentración de soluto (en molaridad) y el potencial de soluto está dada por la ecuación de van «t Hoff:
Ψ π = – M i RT {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi} = – MiRT}
donde M {\ displaystyle M} es la concentración en molaridad del soluto, i {\ displaystyle i} es el factor van «t Hoff, la relación entre la cantidad de partículas en solución y la cantidad de unidades de fórmula disueltas, R {\ displaystyle R } es la constante del gas ideal y T {\ displaystyle T} es la temperatura absoluta.
El agua se difunde a través de la membrana osmótica hasta donde el potencial hídrico es menor
Por ejemplo, cuando un soluto se disuelve en agua, es menos probable que las moléculas de agua se difundan por ósmosis que cuando hay no es un soluto. Una solución tendrá un potencial hídrico menor y, por lo tanto, más negativo que el del agua pura. Además, cuantas más moléculas de soluto estén presentes, más negativo será el potencial de soluto.
El potencial osmótico tiene implicaciones importantes para muchos organismos vivos. Si una célula viva está rodeada por una solución más concentrada, la célula tenderá a perder agua debido al potencial hídrico más negativo (Ψ w {\ displaystyle \ Psi _ {w}}) del entorno circundante. Este puede ser el caso de los organismos marinos que viven en el agua de mar y las plantas halófitas que crecen en ambientes salinos. En el caso de una célula vegetal, el flujo de agua fuera de la célula puede eventualmente hacer que la membrana plasmática se separe de la pared celular, lo que lleva a la plasmólisis. Sin embargo, la mayoría de las plantas tienen la capacidad de aumentar el soluto dentro de la célula para impulsar el flujo de agua hacia la célula y mantener la turgencia.
Este efecto se puede utilizar para alimentar una planta de energía osmótica.
Una solución de suelo también experimenta potencial osmótico. El potencial osmótico es posible debido a la presencia de solutos orgánicos e inorgánicos en la solución del suelo. A medida que las moléculas de agua se agrupan cada vez más alrededor de iones o moléculas de soluto, se reduce la libertad de movimiento y, por tanto, la energía potencial del agua. A medida que aumenta la concentración de solutos, se reduce el potencial osmótico de la solución del suelo. Dado que el agua tiene una tendencia a moverse hacia niveles de energía más bajos, el agua querrá viajar hacia la zona de concentraciones más altas de solutos. Sin embargo, el agua líquida solo se moverá en respuesta a tales diferencias en el potencial osmótico si existe una membrana semipermeable entre las zonas de alto y bajo potencial osmótico. Una membrana semipermeable es necesaria porque permite que el agua pase a través de su membrana mientras evita que los solutos se muevan a través de su membrana. Si no hay membrana, el movimiento del soluto, en lugar del agua, iguala en gran medida las concentraciones.
Dado que las regiones del suelo generalmente no están divididas por una membrana semipermeable, el potencial osmótico generalmente tiene una influencia insignificante en el movimiento masivo de agua en los suelos. Por otro lado, el potencial osmótico tiene una influencia extrema en la tasa de absorción de agua por las plantas.Si los suelos tienen un alto contenido de sales solubles, es probable que el potencial osmótico sea menor en la solución del suelo que en las células de las raíces de las plantas. En tales casos, la solución del suelo restringiría severamente la tasa de absorción de agua por las plantas. En suelos salados, el potencial osmótico del agua del suelo puede ser tan bajo que las células de las plántulas jóvenes comienzan a colapsar (plasmolizan).
Potencial de matriz (potencial de matriz) Editar
Cuando el agua está en contacto con partículas sólidas (por ejemplo, partículas de arcilla o arena dentro del suelo), las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el agua y el sólido pueden ser grandes e importantes. Las fuerzas entre las moléculas de agua y las partículas sólidas en combinación con la atracción entre las moléculas de agua promueven la tensión superficial y la formación de meniscos dentro de la matriz sólida. Entonces se requiere fuerza para romper estos meniscos. La magnitud del potencial de la matriz depende de las distancias entre las partículas sólidas —el ancho de los meniscos (también acción capilar y Pa diferente en los extremos del capilar) —y la composición química de la matriz sólida (menisco, movimiento macroscópico debido a la atracción iónica).
En muchos casos, el valor absoluto del potencial de la matriz puede ser relativamente grande en comparación con los otros componentes del potencial hídrico discutidos anteriormente. El potencial de la matriz reduce notablemente el estado energético del agua cerca de las superficies de las partículas. Aunque el movimiento del agua debido al potencial de la matriz puede ser lento, sigue siendo extremadamente importante para suministrar agua a las raíces de las plantas y en aplicaciones de ingeniería. El potencial de la matriz es siempre negativo porque el agua atraída por la matriz del suelo tiene un estado energético menor que el del agua pura. El potencial de la matriz solo ocurre en suelos insaturados por encima del nivel freático. Si el potencial de la matriz se acerca a un valor de cero, casi todos los poros del suelo están completamente llenos de agua, es decir, completamente saturados y con la máxima capacidad de retención. El potencial de la matriz puede variar considerablemente entre suelos. En el caso de que el agua se drene en zonas de suelo menos húmedas de porosidad similar, el potencial de la matriz generalmente está en el rango de -10 a -30 kPa.