POTENCIAL HÍDRIC: COMPONENTS, MÈTODES I EXEMPLES - MEDI AMBIENT - 2025

El potencial hídric és l'energia lliure o capaç de realitzar un treball, que posseeix un volum d'aigua determinat. Així, l'aigua a la part superior d'una cascada o salt d'aigua té un alt potencial hídric que, per exemple, és capaç de moure una turbina.

El símbol que s'empra per referir-se a el potencial hídric és la lletra grega majúscula anomenada psi, que s'escriu Ψ. El potencial hídric de qualsevol sistema es mesura en referència amb el potencial hídric de l'aigua pura en condicions considerades estàndard (pressió d'1 atmosfera i la mateixa altura i temperatura de sistema a estudiar).

Potencial osmòtic. Font: Kade Kneeland / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Els factors que determinen el potencial hídric són la gravetat, la temperatura, la pressió, la hidratació i la concentració de soluts presents en l'aigua. Aquests factors determinen que es formin gradients de potencial hídric i aquests gradients impulsen la difusió de l'aigua.

D'aquesta manera, l'aigua es mou des d'un lloc amb alt potencial hídric a un altre amb baix potencial hídric. Els components de l'potencial hídric són el potencial osmòtic (concentració de soluts en l'aigua), potencial matric (adherència de l'aigua a matrius poroses), potencial gravitatori i el potencial de pressió.

El coneixement de l'potencial hídric és fonamental per comprendre el funcionament de diversos fenòmens hidrològics i biològics. Entre aquests l'absorció d'aigua i nutrients per les plantes i el flux de l'aigua a terra.

Components de l'potencial hídric

El potencial hídric està format per quatre components: potencial osmòtic, potencial matric, potencial gravitatori i potencial de pressió. L'acció d'aquests components determina l'existència de gradients de potencial hídric.

Potencial osmòtic (Ψs)

Normalment l'aigua no es troba en estat pur, ja que té sòlids dissolts en ella (soluts), com ara sals minerals. El potencial osmòtic ve donat per la concentració de soluts en la solució.

A major quantitat de soluts dissolts hi ha menor energia lliure de l'aigua, és a dir menys potencial hídric. Per tant, l'aigua tracta d'establir un equilibri fluint des de solucions amb baixa concentració de soluts cap a solucions amb alta concentració de soluts.

Potencial matric o matricial (Ψm)

En aquest cas el factor determinant és la presència d'una matriu o estructura material hidratable, és a dir que té afinitat per l'aigua. Això es deu a les forces d'adhesió creades entre molècules, especialment els ponts d'hidrogen formats entre les molècules d'aigua, àtoms d'oxigen i els grups hidroxils (OH).

Per exemple, l'adhesió de l'aigua a les argiles de terra és un cas de potencial hídric basat en el potencial matric. Aquestes matrius a l'atraure l'aigua generen un potencial hídric positiu, per tant l'aigua per fora de la matriu flueix cap a aquesta i tendeix a quedar-se dins com ocorre en una esponja.

Potencial gravitatori o d'altura (Ψg)

La força gravitatòria de la Terra és en aquest cas la que estableix el gradient de potencial, ja que l'aigua tendirà a caure cap avall. L'aigua situada a certa altura posseeix una energia lliure determinada per l'atracció que exerceix la Terra sobre la seva massa.

Moviment de l'aigua per gravetat. Font: Bilal ahmad / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Per exemple, l'aigua en un tanc d'aigua elevat cau lliurement per la canonada i es desplaça amb aquesta energia cinètica (de moviment) fins a arribar a l'aixeta.

Potencial de pressió (Ψp)

En aquest cas, l'aigua sotmesa a pressió posseeix major energia lliure, és a dir major potencial hídric. Per tant, aquesta aigua es desplaçarà des d'on està sotmesa a pressió cap a on no n'hi ha i en conseqüència hi ha menys energia lliure (menys potencial hídric).

Per exemple, quan dosificamos gotes mitjançant un degotador, a l'estrènyer la perilla de goma estem aplicant una pressió que confereix energia a l'aigua. A causa d'aquesta major energia lliure, l'aigua es desplaça cap a l'exterior on la pressió és menor.

Mètodes per determinar el potencial hídric

Hi ha una diversitat de mètodes per mesurar el potencial hídric, alguns adequats per al sòl, altres per a teixits, per a sistemes hidràulics mecànics i altres. El potencial hídric és equivalent a unitats de pressió i es mesura en atmosferes, bars, pascals o psi (lliures per polzada quadrada en les seves sigles en anglès).

A continuació es presenten alguns d'aquests mètodes:

Cambra de pressió o bomba de Scholander

Si es desitja mesurar el potencial hídric de la fulla d'una planta, es pot emprar una càmera de pressió o bomba de Scholander. Aquesta consisteix en una càmera hermètica on es col·loca el full sencera (làmina amb el seu pecíol).

Mesura de potencial hídric d'un full amb una càmera de pressió. Font: Pressurebomb.svg: Aibdescalzoderivative work: Aibdescalzo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Després es procedeix a augmentar la pressió dins de la càmera introduint un gas pressuritzat, mesurant mitjançant manòmetre la pressió que es va assolint. La pressió de el gas sobre el full va en augment, fins al punt en què l'aigua continguda en aquesta brolla pel teixit vascular de l'pecíol.

La pressió que indiqui el manòmetre quan l'aigua surt del full, correspon a el potencial hídric de la mateixa.

Sondes de pressió

Existeixen diverses alternatives per mesurar el potencial hídric mitjançant instruments especials anomenats sondes de pressió. N'hi ha dissenyades per mesurar el potencial hídric de terra, basades principalment en el potencial matric.

Per exemple, hi ha sondes digitals que treballen sobre la base d'introduir a terra una matriu de ceràmica porosa connectada a un sensor d'humitat. Aquesta ceràmica s'hidrata amb l'aigua a l'interior de terra fins a arribar a l'equilibri entre el potencial hídric dins de la matriu de ceràmica i el potencial hídric de terra.

Posteriorment, el sensor determina el contingut d'humitat de la ceràmica i estima el potencial hídric de terra.

Microcapilar amb sonda de pressió

També hi ha sondes capaços de mesurar el potencial hídric en teixits vegetals, com ara la tija d'una planta. Un model consisteix en un tub molt prim de punta fina (tub micropilar) que s'introdueix en el teixit.

A l'penetrar el teixit viu, la solució continguda en les cèl·lules segueix un gradient de potencial definit per la pressió continguda en la tija i s'introdueix en el micropilar. A l'entrar el líquid de la tija en el tub, empeny un oli contingut en el mateix que activa una sonda de pressió o manòmetre que assigna un valor corresponent a l'potencial hídric

Variacions de pes o volum

Per mesurar el potencial hídric basat en el potencial osmòtic, es poden determinar les variacions de pes d'un teixit submergit en solucions a diferents concentracions d'un solut. Per això, es prepara una sèrie de tubs d'assaig, cadascun amb una concentració creixent coneguda d'un solut, per exemple sacarosa (sucre).

És a dir, si en cada un 5 tubs hi ha 10 cc d'aigua, s'agrega en el primer tub 1 mg de sacarosa, en el segon 2mg i així fins a 5 mg en l'últim. Per tant tenim una bateria en ascens de concentracions de sacarosa.

Després es tallen 5 seccions de pes igual i conegut de el teixit a què se li vol determinar el potencial hídric (per exemple trossos de patata). A continuació, es col·loca una secció en cada tub d'assaig i passades 2 hores, s'extreuen les seccions de teixit i es pesen.

Resultats esperats i interpretació

S'espera que alguns trossos perdin pes per pèrdua d'aigua, altres ho hauran augmentat perquè van absorbir aigua i altres mantindran el pes.

Els que perden aigua es trobaven en una solució on la concentració de sacarosa era major que la concentració de soluts dins el teixit. Per tant l'aigua va fluir segons el gradient de potencial osmòtic de la major concentració a la menor, i el teixit perdre aigua i pes.

Per contra, el teixit que va guanyar aigua i pes, es trobava en una solució amb menor concentració de sacarosa que la concentració de soluts dins el teixit. En aquest cas el gradient de potencial osmòtic va afavorir l'ingrés de l'aigua a la roba.

Finalment, en aquell cas en què el teixit va mantenir el seu pes original, s'infereix que la concentració en la qual es trobava posseeix igual concentració de solut. Per tant, aquesta concentració correspondrà a el potencial hídric de el teixit estudiat.

exemples

L'absorció d'aigua per les plantes

Un arbre de 30 m d'alçada necessita transportar l'aigua des del sòl fins a l'última fulla, i això ho fa a través del seu sistema vascular. Aquest sistema és un teixit especialitzat format per cèl·lules que són mortes i són semblants a tubs molt prims.

Moviment de l'aigua en les plantes. Font: Llorer Jules / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

El transport és possible gràcies a les diferències de potencial hídric que es generen entre l'atmosfera i la fulla, que al seu torn es transmet a el sistema vascular. El full perd aigua en forma estat gasós causa de la major concentració de vapor d'aigua en ella (potencial hídric major) pel que fa a l'ambient (potencial hídric menor).

La pèrdua de vapor genera una pressió negativa o succió que impulsa l'aigua des dels gots de sistema vascular cap a la làmina de la fulla. Aquesta succió es transmet de got a got fins a arribar a l'arrel, on les cèl·lules i espais intercel·lulars estan embeguts de l'aigua absorbida de terra.

L'aigua provinent de terra, penetra a l'arrel a causa d'una diferència de potencial osmòtic entre l'aigua de les cèl·lules d'epidermis de l'arrel i la de terra. Això passa perquè les cèl·lules de l'arrel posseeixen soluts en major concentració que l'aigua de terra.

els mucílags

Moltes plantes d'ambients secs retenen aigua produint mucílags (substància viscosa) que s'emmagatzemen en els seus vacúols. Aquestes molècules retenen aigua reduint la seva energia lliure (baix potencial hídric), sent en aquest cas determinant el component matric de l'potencial hídric.

Un tanc d'aigua elevat

En el cas d'un sistema de provisió d'aigua basat en un tanc elevat, el mateix s'omple d'aigua a causa de l'efecte de l'potencial de pressió. L'empresa que proveeix el servei d'aigua, la sotmet a pressió mitjançant bombes hidràuliques i així venç la força de gravetat per arribar a el tanc.

Un cop ple el tanc, l'aigua es distribueix des del mateix gràcies a una diferència de potencial entre l'aigua emmagatzemada en el tanc i les sortides d'aigua a la casa. A l'obrir una aixeta s'estableix un gradient de potencial gravitatori entre l'aigua a la boca de l'aixeta i la de l'tanc.

Per tant, l'aigua de l'tanc té major energia lliure (major potencial hídric) i cau principalment a causa de la força de gravetat.

La difusió d'aigua a terra

El component principal de l'potencial hídric de terra és el potencial matric, donada la força d'adhesió que s'estableix entre les argiles i l'aigua. D'altra banda, el potencial de gravetat incideix en el gradient de desplaçament vertical d'l'aigua a terra.

De l'energia lliure de l'aigua continguda en el sòl, és a dir del seu potencial hídric, depenen molts processos que es donen en el mateix. Entre aquests processos estan la nutrició i transpiració de les plantes, la infiltració de l'aigua de pluja i l'evaporació de l'aigua de terra.

En l'agricultura és important determinar el potencial hídric de terra per aplicar adequadament el reg i la fertilització. Si el potencial matric de terra és molt alt, l'aigua romandrà adherida a les argiles i no estarà disponible per a l'absorció per les plantes.

referències

1. Busso, CA (2008). Ús de la càmera de pressió i els psicròmetres a termocupla en la determinació de les relacions hídriques en teixits vegetals. ΦYTON.
2. Quintal-Ortiz, WC, Pérez-Gutiérrez, A., Latournerie-Moreno, L., May-Lara, C., Ruiz-Sánchez, I. i Martínez-Chacón, AJ (2012). Ús d'aigua, potencial hídric i rendiment de Xile habanero (C apsicum chinense J ACQ.). Revista Fitotècnia Mexicana.
3. Salisbury, FB and Ross, CW (1991). Plant Physiology. Wadsworth Publishing.
4. Scholander, P., Bradstreet, E., Hemmingsen, I. and Hammel, H. (1965). Sap Pressure in Vascular Plants: Negative hydrostatic pressure can be Measured in plants. Science.
5. Squeo, FA (2007). L'aigua i el Potencial Hídric. En: Squeo, FA i Cardemil, L. (Eds.). Fisiologia Vegetal. Edicions Universitat de la Serena