Potencial hídrico: componentes, métodos e exemplos

Potencial hídrico: componentes, métodos e exemplos

O potencial hídrico é a energia livre ou capaz de realizar trabalho, que possui um certo volume de água. Assim, a água no topo de uma cachoeira ou cachoeira tem um alto potencial de água que, por exemplo, é capaz de mover uma turbina.

O símbolo usado para se referir ao potencial da água é a letra grega maiúscula chamada psi, que é escrita Ψ. O potencial hídrico de qualquer sistema é medido em referência ao potencial hídrico da água pura em condições consideradas padrão (pressão de 1 atmosfera e a mesma altura e temperatura do sistema a ser estudado).

Os fatores que determinam o potencial da água são a gravidade, a temperatura, a pressão, a hidratação e a concentração de solutos presentes na água. Esses fatores determinam que gradientes de potencial hídrico sejam formados e esses gradientes impulsionam a difusão da água.

Dessa maneira, a água se move de um local com alto potencial hídrico para outro com baixo potencial hídrico. Os componentes do potencial hídrico são: potencial osmótico (concentração de solutos na água), potencial matricial (adesão da água a matrizes porosas), potencial gravitacional e potencial de pressão.

O conhecimento do potencial da água é essencial para entender o funcionamento de vários fenômenos hidrológicos e biológicos. Isso inclui a absorção de água e nutrientes pelas plantas e o fluxo de água no solo.

Componentes do potencial da água

O potencial da água é composto de quatro componentes: potencial osmótico, potencial matricial, potencial gravitacional e potencial de pressão. A ação desses componentes determina a existência de gradientes de potencial hídrico.

Potencial osmótico (Ψs)

Normalmente a água não está em um estado puro, pois possui sólidos dissolvidos (solutos), como sais minerais. O potencial osmótico é dado pela concentração de solutos na solução.

Quanto maior a quantidade de solutos dissolvidos, menos energia livre provém da água, ou seja, menor potencial de água. Portanto, a água tenta estabelecer um equilíbrio fluindo de soluções com baixa concentração de solutos para soluções com alta concentração de solutos.

Potencial matricial ou matricial (Ψm)

Nesse caso, o fator determinante é a presença de uma matriz ou estrutura de material hidratável, ou seja, possui uma afinidade pela água. Isso ocorre devido às forças de adesão criadas entre as moléculas, especialmente as ligações de hidrogênio formadas entre as moléculas de água, os átomos de oxigênio e os grupos hidroxila (OH).

Por exemplo, a adesão da água às argilas do solo é um caso de potencial hídrico baseado no potencial matricial. Ao atrair água, essas matrizes geram um potencial hídrico positivo; portanto, a água fora da matriz flui em sua direção e tende a permanecer no interior, como acontece em uma esponja.

Potencial gravitacional ou de altura (Ψg)

A força gravitacional da Terra é, nesse caso, a que estabelece o gradiente potencial, pois a água tende a cair para baixo. A água a uma certa altura tem uma energia livre determinada pela atração que a Terra exerce sobre sua massa.

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Por exemplo, a água em um tanque de água elevado cai livremente no cano e viaja com essa energia cinética (móvel) até atingir a torneira.

Potencial de pressão (Ψp)

Nesse caso, a água sob pressão possui mais energia livre, ou seja, mais potencial hídrico. Portanto, essa água passará de onde está sob pressão para onde não está e, consequentemente, há menos energia livre (menos potencial de água).

Por exemplo, quando dosamos gotas através de um conta-gotas, apertando o botão de borracha, estamos aplicando uma pressão que fornece energia à água. Devido a essa maior energia livre, a água se move para o exterior, onde a pressão é menor.

Métodos para determinar o potencial da água

Existem vários métodos para medir o potencial da água, alguns adequados para o solo, outros para tecidos, para sistemas hidráulicos mecânicos e outros. O potencial da água é equivalente a unidades de pressão e é medido em atmosferas, barras, pascais ou psi (libras por polegada quadrada).

Abaixo estão alguns destes métodos:

Câmara ou bomba de pressão Scholander

Se você deseja medir o potencial hídrico das folhas de uma planta, pode usar uma câmara de pressão ou uma bomba Scholander. Consiste em uma câmara hermética onde a folha inteira (folha com seu pecíolo) é colocada.

Em seguida, a pressão no interior da câmara aumenta com a introdução de um gás pressurizado, medindo a pressão que está sendo atingida por meio de um manômetro. A pressão do gás na folha está aumentando, até o ponto em que a água contida nela parte do tecido vascular do pecíolo.

A pressão indicada pelo manômetro quando a água sai da folha corresponde ao potencial de água da folha.

Sondas de pressão

Existem várias alternativas para medir o potencial da água usando instrumentos especiais chamados sondas de pressão. Existem alguns projetados para medir o potencial hídrico do solo, com base principalmente no potencial matricial.

Por exemplo, existem sondas digitais que funcionam com base na introdução no solo de uma matriz cerâmica porosa conectada a um sensor de umidade. Esta cerâmica é hidratada com água dentro do solo até atingir o equilíbrio entre o potencial hídrico na matriz cerâmica e o potencial hídrico do solo.

Posteriormente, o sensor determina o teor de umidade da cerâmica e estima o potencial de água do solo.

Microcapilar com sonda de pressão

Existem também sondas capazes de medir o potencial de água nos tecidos vegetais, como o caule de uma planta. Um modelo consiste em um tubo de ponta fina (tubo micropilar) muito fino que é inserido no tecido.

À medida que o tecido vivo penetra, a solução contida nas células segue um gradiente potencial definido pela pressão contida no caule e é introduzida na micropilar. Quando o líquido da haste entra no tubo, ele empurra um óleo nele contido, que ativa uma sonda de pressão ou manômetro que atribui um valor correspondente ao potencial da água.

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Variações de peso ou volume

Para medir o potencial da água com base no potencial osmótico, as variações de peso de um tecido imerso em soluções em diferentes concentrações de um soluto podem ser determinadas. Para isso, é preparada uma série de tubos de ensaio, cada um com uma concentração crescente conhecida de um soluto, por exemplo sacarose (açúcar).

Ou seja, se houver 10 cc de água em cada um dos 5 tubos, 1 mg de sacarose é adicionado ao primeiro tubo, 2 mg ao segundo tubo e, portanto, até 5 mg no último tubo. Portanto, temos uma bateria crescente de concentrações de sacarose.

Em seguida, 5 seções de peso igual e conhecido são cortadas do tecido no qual o potencial de água deve ser determinado (por exemplo, pedaços de batata). Em seguida, uma seção é colocada em cada tubo de ensaio e após 2 horas, as seções de tecido são removidas e pesadas.

Resultados esperados e interpretação

Espera-se que algumas peças percam peso com a perda de água, outras terão ganho peso porque absorveram água e outras manterão peso.

Aqueles que perderam água estavam em uma solução em que a concentração de sacarose era maior que a concentração de solutos no tecido. Portanto, a água fluiu de acordo com o gradiente de potencial osmótico da concentração mais alta para a mais baixa, e o tecido perdeu água e peso.

Em contraste, o tecido que ganhou água e peso estava em uma solução com uma concentração menor de sacarose do que a concentração de solutos no tecido. Nesse caso, o gradiente de potencial osmótico favoreceu a entrada de água no tecido.

Finalmente, no caso em que o tecido manteve seu peso original, infere-se que a concentração em que foi encontrado possui a mesma concentração de soluto. Portanto, essa concentração corresponderá ao potencial hídrico do tecido estudado.

Exemplos

A absorção de água pelas plantas

Uma árvore com 30 m de altura precisa transportar a água do solo até a última folha, e isso ocorre através de seu sistema vascular. Este sistema é um tecido especializado composto de células que estão mortas e parecem tubos muito finos.

O transporte é possível graças às diferenças de potencial hídrico geradas entre a atmosfera e a folha, que por sua vez são transmitidas ao sistema vascular. A folha perde água em estado gasoso devido à maior concentração de vapor de água nela (maior potencial hídrico) em comparação com o ambiente (menor potencial hídrico).

A perda de vapor gera uma pressão ou sucção negativa que impulsiona a água dos vasos do sistema vascular em direção à lâmina da folha. Essa sucção é transmitida de vidro em vidro até atingir a raiz, onde as células e os espaços intercelulares são absorvidos pela água absorvida pelo solo.

A água do solo penetra na raiz devido a uma diferença no potencial osmótico entre a água nas células da epiderme da raiz e a do solo. Isso ocorre porque as células radiculares apresentam solutos em maior concentração que a água do solo.

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Mucilages

Muitas plantas em ambientes secos retêm água, produzindo mucilagens (substância viscosa) que são armazenadas em seus vacúolos. Essas moléculas retêm água, reduzindo sua energia livre (baixo potencial hídrico); nesse caso, o componente matricial do potencial hídrico é determinante.

Um tanque de água elevado

No caso de um sistema elevado de abastecimento de água com base em tanque, ele é preenchido com água devido ao efeito do potencial de pressão. A empresa que fornece o serviço de água o coloca sob pressão por meio de bombas hidráulicas e, assim, supera a força da gravidade para chegar ao tanque.

Quando o tanque está cheio, a água é distribuída a partir dele, devido a uma diferença potencial entre a água armazenada no tanque e as saídas de água da casa. Abrir uma torneira estabelece um gradiente de potencial gravitacional entre a água na boca da torneira e a do tanque.

Portanto, a água no tanque possui maior energia livre (maior potencial hídrico) e cai principalmente devido à força da gravidade.

Difusão de água no solo

O principal componente do potencial hídrico do solo é o potencial matricial, dada a força de adesão estabelecida entre as argilas e a água. Por outro lado, o potencial de gravidade afeta o gradiente de deslocamento vertical da água no solo.

Muitos processos que ocorrem nele dependem da energia livre da água contida no solo, ou seja, do seu potencial hídrico. Entre esses processos estão a nutrição e a transpiração das plantas, a infiltração da água da chuva e a evaporação da água do solo.

Na agricultura, é importante determinar o potencial hídrico do solo para aplicar adequadamente a irrigação e a fertilização. Se o potencial matricial do solo for muito alto, a água permanecerá aderida às argilas e não estará disponível para absorção pelas plantas.

Referências

  1. Busso, CA (2008). Uso dos psicômetros da câmara de pressão e do termopar na determinação das relações hídricas nos tecidos vegetais. TONYTON.
  2. Quintal-Ortiz, WC, Pérez-Gutiérrez, A., Latournerie-Moreno, L., May-Lara, C., Ruiz-Sánchez, E. e Martínez-Chacón, AJ (2012). O uso de água, o potencial da água e rendimento de habanero pimenta (C apsicum chinense J acq . ). Revista Mexicana de Tecnologia Vegetal.
  3. Salisbury, FB e Ross, CW (1991). Fisiologia vegetal. Publicação de Wadsworth.
  4. Scholander, P., Bradstreet, E., Hemmingsen, E. e Hammel, H. (1965). Pressão de seiva em plantas vasculares: A pressão hidrostática negativa pode ser medida em plantas. Ciência.
  5. Squeo, FA (2007). Água e potencial hídrico. In: Squeo, FA e Cardemil, L. (Eds.). Fisiologia vegetal. Edições University of La Serena
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