POTENSI AIR: KOMPONEN, METODE DAN CONTOH - LINGKUNGAN HIDUP - 2025

The potensi air adalah energi bebas atau mampu melakukan pekerjaan, yang memiliki volume tertentu air. Dengan demikian, air di puncak air terjun atau air terjun memiliki potensi air yang tinggi, misalnya mampu menggerakkan turbin.

Lambang yang digunakan untuk menyebut potensi air adalah huruf besar Yunani yang disebut psi, yang ditulis Ψ. Potensi air dari setiap sistem diukur dengan mengacu pada potensi air dari air murni dalam kondisi yang dianggap standar (tekanan 1 atmosfer dan ketinggian serta suhu yang sama dari sistem yang akan dipelajari).

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

Faktor-faktor yang menentukan potensi air adalah gravitasi, suhu, tekanan, hidrasi, dan konsentrasi zat terlarut yang ada di dalam air. Faktor-faktor ini menentukan pembentukan gradien potensial air dan gradien ini mendorong difusi air.

Dengan cara ini, air berpindah dari lokasi dengan potensi air tinggi ke lokasi lain dengan potensi air rendah. Komponen potensial air adalah potensial osmotik (konsentrasi zat terlarut dalam air), potensial matriks (daya rekat air ke matriks berpori), potensial gravitasi dan potensial tekanan.

Pengetahuan tentang potensi air sangat penting untuk memahami fungsi berbagai fenomena hidrologi dan biologi. Ini termasuk penyerapan air dan nutrisi oleh tanaman dan aliran air di tanah.

Komponen potensi air

Potensi air terdiri dari empat komponen: potensial osmotik, potensial matrik, potensial gravitasi dan potensial tekanan. Tindakan komponen ini menentukan keberadaan gradien potensial hidrik.

Potensi osmotik (Ψs)

Biasanya, air tidak dalam keadaan murni, karena telah melarutkan zat padat di dalamnya (zat terlarut), seperti garam mineral. Potensi osmotik ditentukan oleh konsentrasi zat terlarut dalam larutan.

Semakin tinggi jumlah zat terlarut, semakin sedikit energi bebas air, yaitu semakin sedikit potensi air. Oleh karena itu, air mencoba untuk membuat keseimbangan dengan mengalir dari larutan dengan konsentrasi zat terlarut rendah ke larutan dengan konsentrasi zat terlarut tinggi.

Potensi matriks atau matriks (Ψm)

Dalam hal ini, faktor penentu adalah keberadaan matriks atau struktur bahan yang dapat dihidrasi, yaitu memiliki afinitas terhadap air. Hal ini disebabkan adanya gaya adhesi yang tercipta antar molekul, terutama ikatan hidrogen yang terbentuk antara molekul air, atom oksigen, dan gugus hidroksil (OH).

Sebagai contoh, perekatan air ke lempung tanah merupakan kasus potensi air berdasarkan potensi matrik. Matriks ini dengan menarik air menghasilkan potensial air positif, oleh karena itu air di luar matriks mengalir ke arahnya dan cenderung tetap berada di dalam seperti yang terjadi pada spons.

Tinggi atau potensial gravitasi (Ψg)

Gaya gravitasi bumi dalam hal ini adalah gaya yang membentuk gradien potensial, karena air akan cenderung turun. Air yang terletak pada ketinggian tertentu memiliki energi bebas yang ditentukan oleh tarikan yang diberikan bumi pada massanya.

Gerakan air oleh gravitasi. Sumber: Bilal ahmad / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

Misalnya, air di tangki air yang terangkat jatuh bebas ke pipa dan bergerak dengan energi kinetik (gerakan) tersebut hingga mencapai keran.

Potensi tekanan (Ψp)

Dalam hal ini, air di bawah tekanan memiliki energi bebas yang lebih besar, yaitu potensi air yang lebih besar. Oleh karena itu, air ini akan berpindah dari tempat tekanannya ke tempat yang tidak bertekanan, dan akibatnya energi bebasnya berkurang (potensi airnya berkurang).

Misalnya, saat kita memberi dosis tetes menggunakan pipet, dengan menekan kenop karet kita memberikan tekanan yang memberi energi pada air. Karena energi bebas yang lebih tinggi ini, air bergerak ke luar di mana tekanannya lebih rendah.

Metode untuk menentukan potensi air

Ada berbagai macam metode untuk mengukur potensi air, beberapa cocok untuk tanah, yang lain untuk jaringan, untuk sistem hidrolik mekanis dan lain-lain. Potensial air setara dengan satuan tekanan dan diukur dalam atmosfer, batang, pascal, atau psi (pound per inci persegi dalam akronimnya dalam bahasa Inggris).

Berikut beberapa metode berikut:

Pompa Scholander atau Ruang Tekanan

Jika Anda ingin mengukur potensi air daun tanaman, Anda bisa menggunakan pressure chamber atau pompa Scholander. Ini terdiri dari ruang kedap udara tempat seluruh daun (lembaran dengan tangkai daunnya) ditempatkan.

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

Kemudian tekanan di dalam ruang dinaikkan dengan memasukkan gas bertekanan, mengukur tekanan yang dicapai dengan menggunakan manometer. Tekanan gas pada daun semakin meningkat, sampai-sampai air yang terkandung di dalamnya menyembur keluar melalui jaringan pembuluh tangkai daun.

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

Probe tekanan

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

Misalnya, ada probe digital yang bekerja dengan memasukkan matriks keramik berpori yang dihubungkan ke sensor kelembaban ke dalam tanah. Keramik ini dihidrasi dengan air di dalam tanah hingga mencapai keseimbangan antara potensi air dalam matriks keramik dengan potensi air tanah.

Selanjutnya, sensor menentukan kadar air keramik dan memperkirakan potensi air tanah.

Mikrokapiler dengan probe tekanan

Ada juga probe yang mampu mengukur potensi air di jaringan tanaman, seperti batang tanaman. Model terdiri dari tabung yang sangat tipis dan berujung halus (tabung mikropilar) yang dimasukkan ke dalam jaringan.

Setelah menembus jaringan hidup, larutan yang terkandung di dalam sel mengikuti gradien potensial yang ditentukan oleh tekanan yang terkandung dalam batang dan dimasukkan ke dalam mikropil. Ketika cairan dari batang memasuki tabung, itu mendorong minyak yang terkandung di dalamnya yang mengaktifkan alat pengukur tekanan atau manometer yang memberikan nilai yang sesuai dengan potensi air.

Variasi berat atau volume

Untuk mengukur potensi air berdasarkan potensi osmotik, variasi berat jaringan yang direndam dalam larutan pada konsentrasi zat terlarut yang berbeda dapat ditentukan. Untuk ini, serangkaian tabung reaksi disiapkan, masing-masing dengan konsentrasi zat terlarut yang diketahui meningkat, misalnya sukrosa (gula).

Dengan kata lain, jika ada 10 cc air di masing-masing 5 tabung, 1 mg sukrosa ditambahkan di tabung pertama, 2 mg di tabung kedua, dan dengan demikian sampai 5 mg di tabung terakhir. Jadi kita memiliki baterai konsentrasi sukrosa yang meningkat.

Kemudian, 5 bagian dengan berat yang sama dan diketahui dipotong dari jaringan yang potensi airnya akan ditentukan (misalnya potongan kentang). Bagian kemudian ditempatkan di setiap tabung reaksi dan setelah 2 jam, bagian jaringan dikeluarkan dan ditimbang.

Hasil dan interpretasi yang diharapkan

Beberapa potongan diharapkan menurunkan berat badan karena kehilangan air, yang lain akan bertambah berat karena menyerap air, dan yang lainnya akan mempertahankan beratnya.

Mereka yang kehilangan air berada dalam larutan di mana konsentrasi sukrosa lebih besar dari konsentrasi zat terlarut di dalam jaringan. Oleh karena itu, air dialirkan sesuai dengan gradien potensial osmotik dari konsentrasi tertinggi ke terendah, dan jaringan kehilangan air dan berat.

Sebaliknya, jaringan yang memperoleh air dan berat berada dalam larutan dengan konsentrasi sukrosa lebih rendah daripada konsentrasi zat terlarut di dalam jaringan. Dalam hal ini, gradien potensial osmotik mendukung masuknya air ke dalam jaringan.

Akhirnya, dalam kasus di mana jaringan mempertahankan berat aslinya, disimpulkan bahwa konsentrasi di mana ia ditemukan memiliki konsentrasi zat terlarut yang sama. Oleh karena itu, konsentrasi ini akan sesuai dengan potensi air dari jaringan yang dipelajari.

Contoh

Penyerapan air oleh tanaman

Pohon setinggi 30 m perlu mengalirkan air dari tanah ke daun terakhir, dan ini dilakukan melalui sistem vaskularnya. Sistem ini adalah jaringan khusus yang terdiri dari sel-sel mati dan terlihat seperti tabung yang sangat tipis.

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

Pengangkutan dimungkinkan berkat perbedaan potensi air yang dihasilkan antara atmosfer dan daun, yang selanjutnya disalurkan ke sistem vaskular. Daun kehilangan air dalam bentuk gas karena konsentrasi uap air yang lebih tinggi di dalamnya (potensi air lebih tinggi) dibandingkan dengan lingkungan (potensi air lebih rendah).

Hilangnya uap menghasilkan tekanan atau hisap negatif yang memaksa air dari pembuluh sistem vaskular menuju helai daun. Pengisapan ini ditransmisikan dari bejana ke bejana sampai mencapai akar, tempat sel dan ruang antar sel diserap dengan air yang diserap dari tanah.

Air yang berasal dari tanah menembus akar karena adanya perbedaan potensial osmotik antara air dalam sel epidermis akar dan air tanah. Hal ini terjadi karena sel akar memiliki zat terlarut dalam konsentrasi yang lebih tinggi dibandingkan air tanah.

Mucilages

Banyak tumbuhan di lingkungan kering menahan air dengan menghasilkan lendir (zat kental) yang disimpan di vakuola mereka. Molekul-molekul ini menahan air, mengurangi energi bebasnya (potensi air rendah), dalam hal ini komponen matriks dari potensial air menjadi penentu.

Tangki air yang ditinggikan

Dalam kasus sistem pasokan air berdasarkan tangki yang ditinggikan, tangki yang sama diisi dengan air karena pengaruh potensi tekanan. Perusahaan yang menyediakan layanan air, memberi tekanan menggunakan pompa hidrolik dan dengan demikian mengatasi gaya gravitasi untuk mencapai tangki.

Setelah tangki penuh, air didistribusikan darinya berkat perbedaan potensial antara air yang disimpan di tangki dan saluran keluar air di rumah. Membuka keran akan membentuk gradien potensial gravitasi antara air di keran dan tangki.

Oleh karena itu, air di tangki memiliki energi bebas yang lebih tinggi (potensi air yang lebih tinggi) dan jatuh terutama karena gaya gravitasi.

Difusi air di dalam tanah

Komponen utama dari potensi air tanah adalah potensial matrik, mengingat gaya rekat yang terbentuk antara lempung dan air. Di sisi lain, potensi gravitasi mempengaruhi perpindahan vertikal gradien air di dalam tanah.

Banyak proses yang terjadi di dalam tanah bergantung pada energi bebas air yang terkandung di dalam tanah, yaitu potensi airnya. Proses ini meliputi nutrisi dan transpirasi tanaman, infiltrasi air hujan, dan penguapan air dari tanah.

Di bidang pertanian, penting untuk menentukan potensi air tanah untuk menerapkan irigasi dan pemupukan dengan benar. Jika potensi matrik tanah sangat tinggi, air akan tetap menempel pada lempung dan tidak akan tersedia untuk diserap tanaman.

Referensi

1. Busso, CA (2008). Penggunaan ruang tekanan dan psikrometer termokopel dalam penentuan hubungan hidrik di jaringan tanaman. 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 Getah pada Tanaman Vaskular: Tekanan hidrostatik negatif dapat diukur pada tanaman. Ilmu.
5. Squeo, FA (2007). Potensi Air dan Hidrik. Dalam: Squeo, FA dan Cardemil, L. (Eds.). Fisiologi Tumbuhan. Edisi Universitas La Serena