Många olika faktorer kan påverka den totala vattenpotentialen, och summan av dessa potentialer bestämmer den totala vattenpotentialen och riktningen för vattenflödet:
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}}
där:
Alla dessa faktorer kvantifieras som potentiella energier per volymenhet och olika delmängder av dessa termer kan användas för specifika applikationer ( t.ex. växter eller jordar). Olika förhållanden definieras också som referens beroende på applikationen: till exempel i mark definieras referensförhållandet typiskt som rent vatten vid markytan.
Tryckpotential Redigera
Tryckpotential är baserat på mekaniskt tryck och är en viktig komponent av den totala vattenpotentialen i växtceller. Tryckpotentialen ökar när vatten kommer in i en cell. När vatten passerar genom cellväggen och cellmembranet ökar den totala mängden vatten som finns i cellen, vilket utövar ett yttre tryck som motverkas av den strukturella styvheten hos cellväggen. Genom att skapa detta tryck kan växten bibehålla turgor, vilket gör att anläggningen kan hålla sin styvhet. Utan turgor kommer växter att tappa struktur och vissna.
Tryckpotentialen i en växtcell är vanligtvis positiv. I plasmolyserade celler är tryckpotentialen nästan noll. Negativa tryckpotentialer uppstår när vatten dras genom ett öppet system, såsom ett växtxylemkärl. Att motstå negativa tryckpotentialer (ofta kallad spänning) är en viktig anpassning av xylem. Denna spänning kan mätas empiriskt med hjälp av tryckbomben.
Osmotisk potential (löst potential) Redigera
Rent vatten definieras vanligtvis som en osmotisk potential (Ψ π {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi}}) på noll, och i detta fall kan lösningsförmågan aldrig vara positiv. Förhållandet mellan upplöst koncentration (i molaritet) och upplöst potential ges av van ”t Hoff-ekvationen:
Ψ π = – M i RT {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi} = – MiRT}
där M {\ displaystyle M} är koncentrationen i löst ämnes molaritet, i {\ displaystyle i} är van-t Hoff-faktorn, förhållandet mellan mängden partiklar i lösning och mängden upplösta formelenheter, R {\ displaystyle R } är den ideala gaskonstanten, och T {\ displaystyle T} är absolut temperaturen.
Vattnet diffunderar över det osmotiska membranet till där vattenpotentialen är lägre
Till exempel, när ett löst ämne är upplöst i vatten, är det mindre sannolikt att vattenmolekyler sprids bort via osmos än när det finns är ingen lösning. En lösning kommer att ha en lägre och därmed mer negativ vattenpotential än ren vatten. Dessutom, ju mer lösta molekyler som finns, desto mer negativ är den lösta potentialen.
Osmotisk potential har viktiga konsekvenser för många levande organismer. Om en levande cell omges av en mer koncentrerad lösning tenderar cellen att förlora vatten till den mer negativa vattenpotentialen (Ψ w {\ displaystyle \ Psi _ {w}}) i den omgivande miljön. Detta kan vara fallet för marina organismer som lever i havsvatten och halofytiska växter som växer i saltlösning. I fallet med en växtcell kan strömmen av vatten ut ur cellen så småningom få plasmamembranet att dra sig bort från cellväggen, vilket leder till plasmolys. De flesta växter har dock förmågan att öka löst ämne inuti cellen för att driva vattenflödet in i cellen och bibehålla turgor.
Denna effekt kan användas för att driva ett osmotiskt kraftverk.
En jordlösning upplever också osmotisk potential. Den osmotiska potentialen möjliggörs på grund av närvaron av både oorganiska och organiska lösta ämnen i jordlösningen. När vattenmolekyler alltmer klumpar sig ihop med lösta joner eller molekyler sänks rörelsens frihet och därmed den potentiella energin. När koncentrationen av lösta ämnen ökas minskar jordlösningens osmotiska potential. Eftersom vatten har en tendens att röra sig mot lägre energinivåer vill vatten resa mot zonen med högre koncentrationer av lösningsmedel. Även om flytande vatten bara kommer att röra sig som svar på sådana osmotiska skillnader om det finns ett semipermeabelt membran mellan zonerna med hög och låg osmotisk potential. Ett semipermeabelt membran är nödvändigt eftersom det tillåter vatten genom membranet samtidigt som det förhindrar att lösta ämnen rör sig genom membranet. Om inget membran är närvarande, utjämnar rörelsen av det lösta ämnet snarare än av vattnet i stor utsträckning koncentrationerna.
Eftersom jordregioner vanligtvis inte delas av ett semipermeabelt membran har den osmotiska potentialen vanligtvis en försumbar inverkan på massrörelsen av vatten i marken. Å andra sidan har osmotisk potential ett extremt inflytande på vattenupptagningshastigheten av växter.Om marken innehåller mycket lösliga salter är den osmotiska potentialen troligen lägre i jordlösningen än i växtrotcellerna. I sådana fall skulle marklösningen kraftigt begränsa växternas vattenupptagningshastighet. I salta jordar kan jordvattnets osmotiska potential vara så låg att cellerna i unga plantor börjar kollapsa (plasmolyze).
Matrixpotential (Matric potential) Edit
When water är i kontakt med fasta partiklar (t.ex. lera eller sandpartiklar i jorden), kan limintermolekylära krafter mellan vattnet och det fasta ämnet vara stort och viktigt. Krafterna mellan vattenmolekylerna och de fasta partiklarna i kombination med attraktion bland vattenmolekyler främjar ytspänningen och bildandet av menisker i den fasta matrisen. Kraft krävs sedan för att bryta dessa menisker. Matrispotentialens storlek beror på avstånden mellan fasta partiklar – meniskernas bredd (även kapillärverkan och olika Pa vid kapillärändarna) – och den kemiska sammansättningen av den fasta matrisen (menisk, makroskopisk rörelse på grund av jonisk attraktion).
I många fall kan matrispotentialens absoluta värde vara relativt stort jämfört med de andra komponenterna i vattenpotential som diskuterats ovan. Matrixpotential minskar markant energitillståndet för vatten nära partikelytor. Även om vattenrörelse på grund av matrispotential kan vara långsam, är det fortfarande extremt viktigt för att leverera vatten till växtrötter och för tekniska tillämpningar. Matrispotentialen är alltid negativ eftersom vattnet som lockas av markmatrisen har ett lägre energitillstånd än rent vatten. Matrixpotential uppträder endast i omättad jord ovanför vattnet. Om matrispotentialen närmar sig ett värde på noll är nästan alla jordporer helt fyllda med vatten, dvs. helt mättad och med maximal retentionskapacitet. Matrispotentialen kan variera kraftigt mellan jordar. I det fall vatten rinner ut i mindre fuktiga jordzoner med liknande porositet ligger matrixpotentialen i allmänhet i intervallet −10 till −30 kPa.