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

2 Vízpotenciál a talaj, növény, légkör rendszerben 90. Lecke

3 A víz kémiai potenciálja (μ w ) 1 mólnyi mennyiségre jutó szabadenergia, vagyis egy rendszer energiakészletének munkavégzésre fordítható része. Egysége: [J/mol] A víz szabadenergiája, vagyis munkavégző képessége.

4 Vízpotenciál Egy vizes oldat és a tiszta víz kémiai potenciáljának különbsége, parciális moláris térfogatra (18x10 -6 m 3 /mol) vonatkoztatva. Egysége: [J/m 3 ] 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 w 0 )= 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.

5 A vízpotenciál összetevői A sejt vízpotenciálját három faktor határozza meg: konc. nyomás gravitáció Ozmotikus potenciál Nyomás potenciál Gravitációs potenciál + Ψ m Mátrix potenciál

6 Ψ π – 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.

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

8 Ψ g = ρ w 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.

10 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: Mpa Légkör: MPa

12 Kérdések a leckéhez Kémiai potenciál Vízpotenciál értelmezése Vízpotenciál gradiens

13 KÖSZÖNÖM FIGYELMÜKET!