KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc

1

Adatgyűjtés, mérési alapok, a

környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc

Gazdálkodási modul

Gazdaságtudományi ismeretek I. Közgazdaságtan

KÖRNYEZETGAZDÁLKODÁSI MÉRNÖKI MSc TERMÉSZETVÉDELMI MÉRNÖKI MSc

Tudományos kutatásmódszertani, elemzési és közlési ismeretek modul

Vízpotenciál a talaj, növény, légkör rendszerben

90. Lecke

3

0

w w w w w

0 w

w

w

R T (ln a ) V P m g h

a v íz k é m ia i p o te n c iá lja s ta n d a rd k ö rü lm é n ye k k ö zö tt V a v íz p a rc iá lis m o lá ris té rfo g a ta (l/m o l)

P - re la tív n yo m á s (a b s zo lú t n yo m á s - lé g k ö ri n yo m á s ) (P a ) a - k é m ia i a k ti

     

 

w

2

v itá s (d im e n zió n é lk ü li) m - 1 m ó l v íz tö m e g e (k g /m o l)

g - g ra v itá c ió s g yo rs u lá s (m /s )

h - m a g a s s á g a re fe re n c ia p o n th o z k é p e s t (m )

A víz kémiai potenciálja (μ

)

1 mólnyi mennyiségre jutó szabadenergia, vagyis egy rendszer energiakészletének munkavégzésre fordítható része.

Egysége: [J/mol]

A víz szabadenergiája, vagyis munkavégző képessége.

Vízpotenciál

Egy vizes oldat és a tiszta víz kémiai potenciáljának különbsége, parciális moláris térfogatra (18x10^-6 m³/mol) vonatkoztatva.

Egysége: [J/m³] vagy [Pa, vagy MPa].

A vízpotenciál akkor a legnagyobb, ha csak vízmolekulák vannak a rendszerben, vagyis tiszta víz esetén.

A tiszta víz kémiai potenciálja (μ_w⁰)= 0 (1 bar nyomáson, 25 °C-on, megegyezés szerint).

Ebből adódik, hogy egy sejtben -ahol oldott anyagok mindig jelen vannak- a vízpotenciál kisebb, mint a tiszta vízé, vagyis negatív érték.

w w w

w

V



 





5

A vízpotenciál összetevői

A sejt vízpotenciálját három faktor határozza meg:

konc. nyomás gravitáció

g p

w

     



Ozmotikus

potenciál Nyomás

potenciál Gravitációs potenciál

+ Ψ _m

Mátrix potenciál

Ψ

– ozmotikus potenciál

Az oldott anyagok hatása a vízpotenciálra.

Az oldott anyag csökkenti a víz szabadenergiáját (munkavégző képességét), mert csökkenti a szabad vízmolekulák számát.

Ez entrópia hatás, mert az oldott anyagok jelenléte megbontja a vízmolekulák között kialakult rendezett szerkezetet, így csökkenti a rendszer rendezettségi fokát (=entrópia).

Híg oldatok esetén:

(van’t Hoff egyenlet)

ahol R = 8,32 J mol^-1 K^-1, T abszolút h mérséklet [K], c_s molaritás [mol L^-1]

Az ozmotikus potenciál az oldott anyag természetétől független.

A negatív eljel azt mutatja, hogy az oldott anyag csökkenti a vízpotenciált a tiszta vízhez képest.

RTc







7

A sejtfal jelenlétéből adódó komponens.

Ha zárt térben lévő vízre nyomást gyakorolunk, akkor a vízben

hidrosztatikai nyomás alakul ki. Ez akkor is jelentkezik, ha zárt térben nagy mennyiségű vízmolekula halmozódik fel. Ez történik a vakuólumban is, ahol a jelenlévő víznek hidrosztatikai nyomása van, ami a sejtfalra

nehezedik. Ez a sejt belsejéből a sejtfalra nehezedő hidrosztatikai nyomás a turgor.

A turgor nyomás a sejtből kifelé irányuló vízmozgást indítana el, de jelen van a sejtfal, ami ellenerővel hat a vakuolum víztartalmára. Ez a nyomás a turgorral megegyező nagyságú és ellentétes irányú (+ előjelű)

nyomáspotenciál.

Csak félig áteresztő membránokkal határolt zárt térben lép fel!

Ψp – nyomáspotenciál vagy falpotenciál

Ψ

= ρ

gh

h - a víz magassága a referencia állapotú víz felett ρ_w- a víz sűrűsége

g - a gravitációs gyorsulás

Ha h = 10 m, akkor ez +0,1 MPa változást jelent a vízpotenciálban.

Sejtszinten Ψ_g elhanyagolható, csak magas fák esetén van létjogosultsága, ekkor Ψ_w = Ψ_π + Ψ_p

Ψg – gravitációs potenciál

9

Ψm – mátrix potenciál

• A növényekben a mátrix potenciál (kötőerők működése) elhanyagolható, ezért nem is számolunk vele.

• Nagyon száraz magvakban és termőtalajban, azonban fontos komponens.

• A talaj vízpotenciálját teljes mértékben a mátrix potenciállal azonosítjuk=

Ψm= talaj vízpotenciál

A talaj vízpotenciál meghatározása pF készülékekben történik.

Értéke 0-tól -1,5 MPa-ig változik. Ezt a legnegatívabb értéket csak mesterséges szárítással lehet előidézni, vagyis a

természetes talajok ennél mindig magasabb vízpotenciállal

rendelkeznek.

• A talaj – növény – légkör rendszerben un. vízpotenciál gradiens áll fenn.

Elsősorban ez szabályozza a vízmozgások irányát, a vízszállítás és vízleadás folyamatait.

• A legnagyobb vízpotenciál különbség a növényi lombozat és azzal érintkező légtér között van, ezért a hajtás vizet ad le a légtérbe, amely jelentős szívóerőt fejt ki. A vízleadás következtében a hajtás vízpotenciálja átmenetileg süllyed, amely a talaj irányából a gyökereken keresztül igyekszik a hiányt pótolni. A viszonylag nedves közegű talaj és száraz levegő között a növényzettől függetlenül is vízpotenciál-gradiens alakul ki, amit a növények vízfelvételre tudnak használni.

• A gyökerek csak akkor képesek vízfelvételre, ha vízpotenciáljuk negatívabb a talajénál. Ez lomb nélküli állapotban (tavasz) tisztán ozmotikus szabályozással is elérhető.

A vízpotenciál gradiens kialakulása

11

A vízpotenciál-gradiens határozza meg a vízmozgás irányát bármely nedves

közeg és a légkör között!

Talaj: 0- -1,5 MPa

Növény: 0- -5 Mpa

Légkör: 0- -120 MPa

Kérdések a leckéhez

• Kémiai potenciál

• Vízpotenciál értelmezése

• Vízpotenciál gradiens

13

KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET!