Potencjał wodny
Rośliny są fenomenalnymi inżynierami hydrauliki. Wykorzystując tylko podstawowe prawa fizyki i prostą manipulację energią potencjalną, rośliny mogą przenosić wodę na szczyt 116-metrowego drzewa. Rośliny mogą również wykorzystywać hydraulikę do generowania siły wystarczającej do rozłupywania skał i zapinania chodników. Potencjał wodny ma kluczowe znaczenie dla przenoszenia wody do liści, aby mogła zajść fotosynteza.
Potencjał wodny jest miarą potencjalnej energii wody lub różnica w energii potencjalnej między daną próbką wody a wodą czystą (przy ciśnieniu atmosferycznym i temperaturze otoczenia). Potencjał wodny jest oznaczony grecką literą ψ (psi) i jest wyrażony w jednostkach ciśnienia (ciśnienie jest formą energii) zwanych megapaskalami (MPa). Potencjał czystej wody (Ψwpure H2O) jest oznaczony wartością zero (mimo że czysta woda zawiera dużo energii potencjalnej, energia ta jest ignorowana). Wartości potencjału wody dla wody w korzeniu, łodydze lub liściu rośliny są zatem wyrażane w odniesieniu do Ψw czystej H2O.
Na potencjał wodny w roztworach roślinnych wpływa stężenie substancji rozpuszczonej, ciśnienie, grawitacja i czynniki zwane efektami macierzowymi. Potencjał wodny można podzielić na poszczególne składowe za pomocą następującego równania:
Ψsystem = Ψtotal = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm
gdzie
- Ψs = potencjał rozpuszczony
- Ψp, = potencjał ciśnienia
- Ψg, = potencjał grawitacyjny
- Ψm = potencjał materii
„System” może odnosić się do potencjału wodnego wody glebowej (Ψ gleba), wody korzeniowej (Ψkorzenie), wody łodygi (Ψ łodygi), wody liściastej (Ψ liści) lub wody w atmosferze (Ψatmosfera), w zależności od tego, który system wodny jest pod uwagę. Gdy poszczególne elementy się zmieniają, podnoszą lub obniżają całkowity potencjał wodny systemu. W takim przypadku woda przemieszcza się, aby się zrównoważyć, przemieszczając się z systemu lub przedziału o wyższym potencjale wodnym do systemu lub przedziału o niższym poziomie wody To sprowadza różnicę w potencjale wody między dwoma systemami (Δ) z powrotem do zera (Δ = 0). Dlatego, aby woda przepływała przez roślinę z gleby do powietrza (proces zwany transpiracją), warunki muszą istnieć jako takie:
Ψ gleba > Ψroot > Ψstem > Ψleaf > Ψatmosphere.
Woda porusza się tylko w odpowiedzi na Δ, a nie w odpowiedzi na poszczególne składniki. Jednakże, ponieważ poszczególne komponenty wpływają na cały system, instalacja może kontrolować ruch wody, manipulując poszczególnymi komponentami (zwłaszcza Ψs).