POTENSI AIR: KOMPONEN, KAEDAH DAN CONTOH - PERSEKITARAN - 2026

The potensi air ialah tenaga bebas atau mampu melakukan kerja-kerja, yang mempunyai jumlah tertentu air. Oleh itu, air di bahagian atas air terjun atau air terjun mempunyai potensi air tinggi yang, misalnya, mampu menggerakkan turbin.

Simbol yang digunakan untuk merujuk kepada potensi air adalah huruf Yunani besar yang disebut psi, yang ditulis Ψ. Potensi air dari mana-mana sistem diukur dengan merujuk kepada potensi air dari air murni dalam keadaan yang dianggap standard (tekanan 1 atmosfera dan ketinggian dan suhu sistem yang sama yang akan dikaji).

Potensi osmotik. Sumber: Kade Kneeland / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Faktor yang menentukan potensi air adalah graviti, suhu, tekanan, penghidratan dan kepekatan zat terlarut yang terdapat di dalam air. Faktor-faktor ini menentukan pembentukan kecerunan potensi air dan kecerunan ini mendorong penyebaran air.

Dengan cara ini, air berpindah dari lokasi dengan potensi air tinggi ke lokasi lain dengan potensi air rendah. Komponen potensi hidrik adalah potensi osmotik (kepekatan zat terlarut di dalam air), potensi matrik (lekatan air ke matriks berpori), potensi graviti dan potensi tekanan.

Pengetahuan mengenai potensi air sangat penting untuk memahami fungsi pelbagai fenomena hidrologi dan biologi. Ini termasuk penyerapan air dan nutrien oleh tumbuhan dan aliran air di dalam tanah.

Komponen potensi air

Potensi air terdiri daripada empat komponen: potensi osmotik, potensi matrik, potensi graviti dan potensi tekanan. Tindakan komponen ini menentukan kewujudan kecerunan potensi hidrik.

Potensi osmotik (Ψs)

Biasanya, air tidak berada dalam keadaan tulen, kerana ia telah melarutkan pepejal di dalamnya (zat terlarut), seperti garam mineral. Potensi osmotik diberikan oleh kepekatan zat terlarut dalam larutan.

Semakin tinggi jumlah zat terlarut, semakin sedikit tenaga air yang kurang, iaitu semakin sedikit potensi air. Oleh itu, air cuba mewujudkan keseimbangan dengan mengalir dari larutan dengan kepekatan rendah zat terlarut ke larutan dengan kepekatan zat terlarut yang tinggi.

Potensi matrik atau matriks (Ψm)

Dalam kes ini, faktor penentu adalah adanya matriks atau struktur bahan yang dapat terhidrat, iaitu, ia mempunyai pertalian dengan air. Ini disebabkan oleh daya lekatan yang dihasilkan antara molekul, terutamanya ikatan hidrogen yang terbentuk antara molekul air, atom oksigen, dan kumpulan hidroksil (OH).

Sebagai contoh, lekatan air ke tanah liat adalah kes potensi air berdasarkan potensi matrik. Matriks ini dengan menarik air menghasilkan potensi air positif, oleh itu air di luar matriks mengalir ke arahnya dan cenderung tinggal di dalam seperti yang berlaku dalam spons.

Potensi ketinggian atau graviti (Ψg)

Kekuatan graviti Bumi dalam hal ini adalah yang menentukan kecerunan yang berpotensi, kerana air cenderung jatuh ke bawah. Air yang terletak pada ketinggian tertentu mempunyai tenaga bebas yang ditentukan oleh daya tarikan yang diberikan oleh Bumi pada jisimnya.

Pergerakan air secara graviti. Sumber: Bilal ahmad / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Contohnya, air di dalam tangki air yang dinaikkan jatuh dengan bebas ke bawah paip dan bergerak dengan tenaga kinetik (gerakan) sehingga sampai ke paip.

Potensi tekanan (Ψp)

Dalam kes ini, air di bawah tekanan mempunyai tenaga bebas yang lebih besar, yaitu potensi air yang lebih besar. Oleh itu, air ini akan bergerak dari mana ia berada di bawah tekanan ke tempat yang tidak, dan akibatnya terdapat tenaga yang lebih sedikit (kurang potensi air).

Contohnya, apabila kita menurunkan tetes menggunakan penitis, dengan menekan tombol getah, kita memberi tekanan yang memberi tenaga kepada air. Oleh kerana tenaga bebas yang lebih tinggi ini, air bergerak ke luar di mana tekanannya lebih rendah.

Kaedah untuk menentukan potensi air

Terdapat pelbagai kaedah untuk mengukur potensi air, ada yang sesuai untuk tanah, yang lain untuk tisu, untuk sistem hidraulik mekanikal dan lain-lain. Potensi air setara dengan unit tekanan dan diukur dalam atmosfera, bar, pascal atau psi (pound per inci persegi dalam akronimnya dalam bahasa Inggeris).

Berikut adalah beberapa kaedah berikut:

Pam Scholander atau Bilik Tekanan

Sekiranya anda ingin mengukur potensi air daun tanaman, anda boleh menggunakan ruang tekanan atau pam Scholander. Ini terdiri dari ruang kedap udara di mana seluruh daun (lembaran dengan tangkainya) diletakkan.

Pengukuran potensi air daun dengan ruang tekanan. Sumber: Pressurebomb.svg: Aibdescalzoderivative work: Aibdescalzo / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Kemudian tekanan di dalam ruang ditingkatkan dengan memperkenalkan gas bertekanan, mengukur tekanan yang dicapai melalui manometer. Tekanan gas pada daun meningkat, ke titik di mana air yang terkandung di dalamnya mengalir keluar melalui jaringan vaskular dari tangkai daun.

Tekanan yang ditunjukkan oleh manometer ketika air meninggalkan daun sesuai dengan potensi air daun.

Probe tekanan

Terdapat beberapa alternatif untuk mengukur potensi air menggunakan instrumen khas yang disebut probe tekanan. Mereka dirancang untuk mengukur potensi air tanah, terutama berdasarkan pada potensi matrik.

Sebagai contoh, terdapat probe digital yang berfungsi berdasarkan memperkenalkan matriks seramik berliang yang disambungkan ke sensor kelembapan ke dalam tanah. Seramik ini dihidrat dengan air di dalam tanah sehingga mencapai keseimbangan antara potensi air di dalam matriks seramik dan potensi air tanah.

Selepas itu, sensor menentukan kadar kelembapan seramik dan menganggarkan potensi air tanah.

Microcapillary dengan probe tekanan

Ada juga probe yang mampu mengukur potensi air dalam tisu tumbuhan, seperti batang tanaman. Model terdiri daripada tiub tipis tipis (micropillar tube) yang dimasukkan ke dalam tisu.

Setelah menembusi tisu hidup, larutan yang terkandung dalam sel mengikuti kecerunan potensial yang ditentukan oleh tekanan yang terkandung dalam batang dan dimasukkan ke dalam mikropil. Apabila cairan dari batang memasuki tiub, ia mendorong minyak yang terkandung di dalamnya yang mengaktifkan probe tekanan atau manometer yang memberikan nilai yang sesuai dengan potensi air

Variasi berat atau isipadu

Untuk mengukur potensi air berdasarkan potensi osmotik, variasi berat tisu yang direndam dalam larutan pada kepekatan zat terlarut yang berbeza dapat ditentukan. Untuk ini, satu siri tabung uji disediakan, masing-masing dengan kepekatan zat terlarut yang diketahui meningkat, misalnya sukrosa (gula).

Dengan kata lain, jika terdapat 10 cc air dalam setiap 5 tiub, 1 mg sukrosa ditambahkan pada tiub pertama, 2 mg pada kedua, dan sehingga 5 mg terakhir. Oleh itu, kita mempunyai peningkatan kepekatan sukrosa.

Kemudian, 5 bahagian berat yang sama dan diketahui dipotong dari tisu yang potensi airnya akan ditentukan (contohnya potongan kentang). Bahagian kemudian diletakkan di setiap tabung uji dan setelah 2 jam, bahagian tisu dikeluarkan dan ditimbang.

Hasil dan tafsiran yang diharapkan

Sebilangan kepingan diharapkan dapat menurunkan berat badan dari kehilangan air, yang lain akan menambah berat badan kerana mereka menyerap air, dan yang lain akan mengekalkan berat badan.

Mereka yang kehilangan air berada dalam larutan di mana kepekatan sukrosa lebih besar daripada kepekatan zat terlarut dalam tisu. Oleh itu, air mengalir mengikut kecerunan potensi osmotik dari kepekatan tertinggi hingga terendah, dan tisu kehilangan air dan berat badan.

Sebaliknya, tisu yang memperoleh air dan berat berada dalam larutan dengan kepekatan sukrosa yang lebih rendah daripada kepekatan zat terlarut dalam tisu. Dalam kes ini, kecerunan potensi osmotik memilih masuknya air ke dalam tisu.

Akhirnya, jika tisu mengekalkan berat asalnya, disimpulkan bahawa kepekatan di mana ia dijumpai mempunyai kepekatan zat terlarut yang sama. Oleh itu, kepekatan ini akan sesuai dengan potensi air tisu yang dikaji.

Contoh

Penyerapan air oleh tanaman

Pokok setinggi 30 m perlu mengangkut air dari tanah ke daun terakhir, dan ini dilakukan melalui sistem vaskularnya. Sistem ini adalah tisu khusus yang terdiri daripada sel-sel yang mati dan kelihatan seperti tiub yang sangat nipis.

Pergerakan air di tumbuh-tumbuhan. Sumber: Laurel Jules / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Pengangkutan dapat dilakukan berkat perbezaan potensi air yang dihasilkan antara atmosfera dan daun, yang seterusnya dihantar ke sistem vaskular. Daun kehilangan air dalam keadaan gas kerana kepekatan wap air yang lebih tinggi di dalamnya (potensi air lebih tinggi) berbanding dengan persekitaran (potensi air yang lebih rendah).

Kehilangan wap menghasilkan tekanan atau penyedut negatif yang memaksa air dari saluran sistem vaskular ke arah bilah daun. Sedutan ini disebarkan dari kapal ke kapal hingga sampai ke akar, di mana sel dan ruang antar sel diserap dengan air yang diserap dari tanah.

Air yang berasal dari tanah menembusi akar kerana perbezaan potensi osmotik antara air di sel epidermis akar dan tanah. Ini berlaku kerana sel-sel akar mempunyai zat terlarut dalam kepekatan yang lebih tinggi daripada air tanah.

Mukilaj

Banyak tumbuh-tumbuhan di kawasan kering menahan air dengan menghasilkan lendir (bahan likat) yang disimpan di dalam vakuola mereka. Molekul-molekul ini mengekalkan air, mengurangkan tenaga bebasnya (potensi air rendah), dalam hal ini komponen matrik dari potensi air menjadi penentu.

Tangki air yang tinggi

Dalam kes sistem bekalan air berdasarkan tangki tinggi, yang sama diisi dengan air kerana pengaruh potensi tekanan. Syarikat yang menyediakan perkhidmatan air, menekannya menggunakan pam hidraulik dan dengan itu mengatasi daya graviti untuk mencapai tangki.

Setelah tangki penuh, air disalurkan darinya berkat kemungkinan perbezaan antara air yang disimpan di tangki dan saluran air di rumah. Membuka paip mewujudkan kecerunan potensi graviti antara air di keran dan tangki.

Oleh itu, air di dalam tangki mempunyai tenaga bebas yang lebih tinggi (potensi air yang lebih tinggi) dan jatuh terutamanya disebabkan oleh gaya graviti.

Penyebaran air di dalam tanah

Komponen utama potensi air tanah adalah potensi matrik, mengingat daya lekatan yang terbentuk di antara tanah liat dan air. Sebaliknya, potensi graviti mempengaruhi kecerunan anjakan menegak air di dalam tanah.

Banyak proses yang berlaku di dalam tanah bergantung pada tenaga bebas dari air yang terdapat di dalam tanah, iaitu pada potensi airnya. Proses ini merangkumi pemakanan tumbuhan dan transpirasi, penyusupan air hujan, dan penyejatan air dari tanah.

Dalam pertanian adalah penting untuk menentukan potensi air tanah untuk menerapkan pengairan dan pembajaan dengan betul. Sekiranya potensi matrik tanah sangat tinggi, air akan tetap melekat pada tanah liat dan tidak akan dapat diserap oleh tanaman.

Rujukan

1. Busso, CA (2008). Penggunaan ruang tekanan dan psikokometer termokopel dalam penentuan hubungan hidrik pada tisu tumbuhan. ΦYTON.
2. Quintal-Ortiz, WC, Pérez-Gutiérrez, A., Latournerie-Moreno, L., May-Lara, C., Ruiz-Sánchez, E. dan Martínez-Chacón, AJ (2012). Penggunaan air, potensi air dan hasil lada habanero (C apsicum chinense J acq.). Majalah Fitotecnia Mexicana.
3. Salisbury, FB dan Ross, CW (1991). Fisiologi Tumbuhan. Penerbitan Wadsworth.
4. Scholander, P., Bradstreet, E., Hemmingsen, E. dan Hammel, H. (1965). Tekanan Sap pada Tumbuhan Vaskular: Tekanan hidrostatik negatif dapat diukur pada tanaman. Sains.
5. Squeo, FA (2007). Potensi Air dan Hidrik. Dalam: Squeo, FA dan Cardemil, L. (Eds.). Fisiologi Tumbuhan. Edisi Universiti La Serena