水势：组成，方法和实例 - 环境 - 2025

该水势是自由能或能够做的工作，其中有水有一定的体积。因此，瀑布或瀑布顶部的水具有很高的水势，例如能够移动涡轮机。

用于表示水势的符号是大写希腊字母psi，记为Ψ。任何系统的水势都是在标准条件下（1个大气压的压力以及要研究的系统的相同高度和温度）参照纯水的水势进行测量的。

渗透势。资料来源：Kade Kneeland / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）

决定水势的因素是重力，温度，压力，水合作用和水中存在的溶质浓度。这些因素决定了水势梯度的形成，这些梯度驱动水的扩散。

以这种方式，水从具有高水势的地点移动到具有低水势的地点。水势的成分是渗透势（水中溶质的浓度），基质势（水对多孔基质的粘附力），重力势和压力势。

对水势的了解对于理解各种水文和生物现象的功能至关重要。其中包括植物对水和养分的吸收以及土壤中水的流动。

水势的组成

水势由四个部分组成：渗透势，基质势，重力势和压力势。这些成分的作用决定了水势梯度的存在。

渗透势（Ψs）

通常，水不是纯净的，因为它具有溶解在其中的固体（溶质），例如矿物盐。渗透势由溶液中溶质的浓度给出。

溶解的溶质含量越高，水的自由能越小，即水势越小。因此，水试图通过从溶质浓度低的溶液流向溶质浓度高的溶液来建立平衡。

基质或基质电势（Ψm）

在这种情况下，决定因素是可水合材料基质或结构的存在，即它对水具有亲和力。这是由于分子之间产生的粘附力，尤其是水分子，氧原子和羟基（OH）之间形成的氢键。

例如，水对土壤粘土的粘附是基于基质电势的水势的情况。这些基质通过吸水而产生正的水势，因此，基质外的水会流向该基质，并倾向于在海绵中滞留在基质内。

身高或引力（Ψg）

在这种情况下，地球的重力就是建立电位梯度的重力，因为水将趋向于下降。位于一定高度的水具有自由能，自由能取决于地球对其质量的吸引力。

水在重力作用下的运动。资料来源：Bilal ahmad / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）

例如，升高水箱中的水沿管道自由下落，并以动能（运动）行进直至到达水龙头。

潜在压力（Ψp）

在这种情况下，处于压力下的水具有更大的自由能，即更大的水势。因此，这种水将从受压力的位置移动到没有压力的位置，因此自由能较少（水势较小）。

例如，当我们使用滴管滴药时，通过按下橡胶旋钮，我们施加的压力会为水提供能量。由于这种较高的自由能，水会流到压力较低的外部。

确定水势的方法

有多种测量水势的方法，某些方法适用于土壤，其他方法适用于组织，机械液压系统等。水势等效于压力单位，以大气压，巴，帕斯卡或psi（英文缩写，磅/平方英寸）测量。

以下是其中一些方法：

胆泵或压力室

如果要测量植物叶片的水势，可以使用压力室或霍曼泵。它由一个密闭室组成，整个叶子（带有叶柄的薄片）都放置在其中。

用压力室测量叶片的水势。来源：Pressurebomb.svg：Aibdescalzo衍生作品：Aibdescalzo / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）

然后，通过引入加压气体来增加腔室内的压力，并通过压力计测量所达到的压力。叶片上的气体压力不断增加，直至其中所含的水通过叶柄的血管组织涌出。

当水离开叶片时，由压力计指示的压力对应于叶片的水势。

压力探头

使用称为压力探头的特殊仪器，可以通过多种方法来测量水势。它们的设计主要是根据基质势来测量土壤的水势。

例如，存在一些数字探针，其工作原理是将与湿度传感器相连的多孔陶瓷基体引入土壤中。该陶瓷与土壤内部的水合，直到达到陶瓷基体内的水势与土壤的水势之间的平衡为止。

随后，传感器确定陶瓷的水分含量并估算土壤的水势。

带压力探头的微毛细管

还有一些探头能够测量植物组织（例如植物的茎）中的水势。模型由插入组织中的非常细的细管（微柱管）组成。

在穿透活组织时，细胞中包含的溶液遵循由茎中包含的压力定义的电位梯度，并被引入到微粒中。当来自阀杆的液体进入管子时，它将推动其中包含的油，从而激活压力探头或压力计，压力探头或压力计的值对应于水势

重量或体积的变化

为了基于渗透势来测量水势，可以确定浸在不同溶质浓度的溶液中的组织的重量变化。为此，准备了一系列试管，每个试管中都有已知浓度增加的溶质，例如蔗糖（糖）。

换句话说，如果5个试管中的每一个中都有10 cc的水，则在第一个试管中添加1 mg蔗糖，在第二个试管中添加2 mg，因此在最后一个试管中添加至多5 mg。因此，我们的蔗糖浓度呈上升趋势。

然后，从要确定水势的组织（例如马铃薯片）上切下相等重量和已知重量的5个部分。然后将切片放置在每个试管中，2小时后，取出组织切片并称重。

预期结果和解释

预计有些碎块会因失水而减肥，另一些碎块会因吸收水分而变重，而另一些碎块会保持体重。

那些失水的溶液在蔗糖浓度大于组织内溶质浓度的溶液中。因此，水根据渗透势从最高浓度到最低浓度的梯度流动，并且组织损失了水和重量。

相反，增加水分和重量的组织处于蔗糖浓度比组织内溶质浓度低的溶液中。在这种情况下，渗透势梯度有利于水进入组织。

最后，在组织保持其原始重量的情况下，可以推断出发现组织的浓度具有相同的溶质浓度。因此，该浓度将对应于所研究组织的水势。

例子

植物吸水率

一棵30 m高的树需要将水从地面输送到最后一片叶子，这是通过其血管系统完成的。该系统是由死亡的细胞组成的特殊组织，看起来像很细的管。

植物中水的运动。资料来源：劳雷尔·朱尔斯/ CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）

由于大气和叶片之间产生的水势差而使运输成为可能，而叶片又又被传递到血管系统。由于与环境（较低的水势）相比，叶片中的水蒸气浓度较高（较高的水势），因此以气态损失了水分。

蒸汽的损失产生负压或负压，迫使水从血管系统的血管流向叶片。这种吸力从一个容器传到另一个容器，直到到达根部，在那里从土壤吸收的水吸收了细胞和细胞间空间。

由于根的表皮细胞中的水与土壤的表皮细胞中的渗透势不同，来自土壤的水渗透到根中。发生这种情况是因为根细胞的溶质浓度高于土壤水。

黏液

许多在干燥环境中的植物通过产生粘液（粘液）储存在其液泡中来保持水分。这些分子保留水，降低其自由能（低水势），在这种情况下，水势的基质成分起决定性作用。

高架水箱

在基于高位水箱的供水系统的情况下，由于压力势的作用，供水系统中充满了水。提供水服务的公司使用液压泵在水上施加压力，从而克服了到达水箱的重力。

一旦水箱装满，由于储存在水箱中的水与房屋中的出水口之间存在电位差，因此可以从中分配水。打开水龙头会在水龙头中的水与水箱中的水之间建立重力势梯度。

因此，水箱中的水具有较高的自由能（较高的水势），并且主要由于重力而下降。

水在土壤中的扩散

给定在粘土和水之间建立的附着力，土壤水势的主要成分是基质势。另一方面，重力势能影响土壤中水的垂直位移梯度。

土壤中发生的许多过程都取决于土壤中所含水的自由能，也就是说，取决于土壤的水势。这些过程包括植物营养和蒸腾作用，雨水的渗透以及土壤中水分的蒸发。

在农业中，确定土壤的水势以适当进行灌溉和施肥很重要。如果土壤的基质潜力很高，水将保持附着在粘土上，无法被植物吸收。

参考文献

1. 加利福尼亚州布索（2008）。使用压力室和热电偶干湿计确定植物组织中的水合关系。ΦTON。
2. 昆塔尔·奥尔蒂斯（WC），佩雷斯·古铁雷斯（A.），拉图纳里·莫雷诺（L. 哈瓦那辣椒（C. Apsic​​um chinense J acq。）的耗水量，水势和产量。杂志墨西哥墨西哥。
3. Salisbury，FB和Ross，CW（1991）。植物生理学。沃兹沃思出版社。
4. Scholander，P.，Bradstreet，E.，Hemmingsen，E。和Hammel，H。（1965）。血管植物中的树液压力：可以测量植物中的静水压力。科学。
5. FA，Squeo（2007）。水和水电势。在：FA Squeo和L. Cardemil（编辑）。植物生理学。拉塞雷纳大学版本