Potencial hídrico: componentes, métodos e exemplos - Ciência - 2023

science

Contente

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

O símbolo usado para se referir ao potencial da água é a letra maiúscula grega chamada psi, que se escreve Ψ. O potencial hídrico de qualquer sistema é medido em referência ao potencial hídrico da água pura nas condições consideradas padrão (pressão de 1 atmosfera e 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 a formação de gradientes de potencial da água e esses gradientes impulsionam a difusão da água.


Desta forma, a água passa de um local com alto potencial hídrico para outro com baixo potencial hídrico. Os componentes do potencial da água são o potencial osmótico (concentração de solutos na água), o potencial matricial (adesão da água a matrizes porosas), o potencial gravitacional e o potencial de pressão.

O conhecimento do potencial hídrico é essencial para compreender 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 hídrico

O potencial da água é composto por 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 seu estado puro, pois contém 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 da água, ou seja, menos potencial hídrico. Portanto, a água tenta estabelecer um equilíbrio fluindo de soluções com baixa concentração de solutos para soluções com alta concentração de solutos.

Potencial de matriz ou matriz (Ψm)

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

Por exemplo, a adesão da água às argilas do solo é um caso de potencial hídrico baseado no potencial matricial. Essas matrizes ao atrair água geram um potencial hídrico positivo, pois a água fora da matriz flui em direção a ela e tende a ficar dentro como acontece em uma esponja.

Potencial gravitacional ou de altura (Ψg)

A força gravitacional da Terra é neste caso aquela que estabelece o gradiente potencial, já que a água tenderá a cair para baixo. A água localizada a uma certa altura possui uma energia livre determinada pela atração que a Terra exerce sobre sua massa.


Por exemplo, a água em um tanque elevado cai livremente pelo cano e viaja com aquela energia cinética (movimento) até chegar à torneira.

Potencial de pressão (Ψp)

Nesse caso, a água sob pressão possui maior energia livre, ou seja, maior potencial hídrico. Portanto, essa água se moverá de onde está sob pressão para onde não está e, consequentemente, haverá menos energia livre (menos potencial hídrico).

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

Métodos para determinar o potencial da água

Existem vários métodos de medição do potencial hídrico, 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, bares, pascal ou psi (libras por polegada quadrada na sigla em inglês).

Aqui estão alguns desses métodos:

Bomba Scholander ou Câmara de Pressão

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

Em seguida, a pressão dentro da câmara é aumentada com a introdução de um gás pressurizado, medindo a pressão que está sendo alcançada por meio de um manômetro. A pressão do gás sobre a folha está aumentando, a ponto de a água nele contida jorrar pelo tecido vascular do pecíolo.

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

Sondas de pressão

Existem várias alternativas para medir o potencial da água usando instrumentos especiais chamados sondas de pressão. Eles são 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 de uma matriz cerâmica porosa conectada a um sensor de umidade no solo. Essa cerâmica é hidratada com a água do solo até atingir o equilíbrio entre o potencial hídrico da matriz cerâmica e o potencial hídrico do solo.

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

Microcapilar com sonda de pressão

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

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

Variações de peso ou volume

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

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

Em seguida, 5 seções de peso igual e conhecido são cortadas do tecido cujo potencial hídrico deve ser determinado (por exemplo, pedaços de batata). Uma seção é então 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 alguns pedaços percam peso com a perda de água, outros o ganharão porque absorveram água e outros ainda manterão o peso.

Aqueles que perderam água estavam em uma solução onde a concentração de sacarose era maior que a concentração de solutos dentro do 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.

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

Por fim, naquele 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, esta concentração corresponderá ao potencial hídrico do tecido estudado.

Exemplos

Absorção de água pelas plantas

Uma árvore de 30 m de altura precisa transportar água do solo até a última folha, e isso é feito por meio de seu sistema vascular. Este sistema é um tecido especializado feito de células mortas e parecem tubos muito finos.

O transporte é possível graças às diferenças de potencial hídrico que são geradas entre a atmosfera e a folha, que por sua vez é transmitido ao sistema vascular. A folha perde água no estado gasoso devido à maior concentração de vapor d'água nela (maior potencial hídrico) em relação ao ambiente (menor potencial hídrico).

A perda de vapor gera uma pressão negativa ou sucção que conduz a água dos vasos do sistema vascular em direção à lâmina foliar. Essa sucção é transmitida de vaso a vaso até chegar à raiz, onde as células e espaços intercelulares são embebidos com a água absorvida do 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 da raiz têm solutos em concentrações mais altas do que a água do solo.

Mucilagens

Muitas plantas em ambientes secos retêm água, produzindo mucilagem (substância viscosa) que é armazenada em seus vacúolos. Essas moléculas retêm água, reduzindo sua energia livre (baixo potencial hídrico), neste caso o componente matricial do potencial hídrico é decisivo.

Um tanque de água elevado

No caso de um sistema de abastecimento de água baseado em tanque elevado, o mesmo é enchido com água devido ao efeito do potencial de pressão.A empresa prestadora do serviço de água pressiona-a por meio de bombas hidráulicas e, assim, supera a força da gravidade para chegar ao tanque.

Uma vez que o tanque está cheio, a água é distribuída graças a uma diferença de 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 da torneira e a do tanque.

Portanto, a água no tanque tem 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 que se estabelece entre as argilas e a água. Por outro lado, o potencial da gravidade afeta o gradiente de deslocamento vertical da água no solo.

Muitos processos que ocorrem no solo dependem da energia livre da água contida no solo, ou seja, do seu potencial hídrico. Esses processos incluem nutrição e transpiração da planta, infiltração da água da chuva e 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 presa às argilas e não estará disponível para absorção pelas plantas.

Referências

  1. Busso, C.A. (2008). Utilização de psicrómetros de câmara de pressão e termopar na determinação das relações hídricas em tecidos vegetais. ΦYTON.
  2. Quintal-Ortiz, W.C., Pérez-Gutiérrez, A., Latournerie-Moreno, L., May-Lara, C., Ruiz-Sánchez, E. e Martínez-Chacón, A.J. (2012). Uso da água, potencial hídrico e rendimento da pimenta habanero (Capsicum chinense Jacq.) Revista Fitotecnia Mexicana.
  3. Salisbury, F.B. e Ross, C.W. (1991). Fisiologia vegetal. Publicação de Wadsworth.
  4. Scholander, P., Bradstreet, E., Hemmingsen, E. e Hammel, H. (1965). Pressão da seiva em plantas vasculares: a pressão hidrostática negativa pode ser medida em plantas. Ciência.
  5. Squeo, F.A. (2007). Água e potencial hídrico. In: Squeo, F.A. e Cardemil, L. (Eds.). Fisiologia vegetal. Edições da Universidade de La Serena