Water relation : Soil-Plant-Atmosphere continuum

ความสัมพันธ์ของน้ำในดิน-พืช-บรรยากาศ Atmospheric water Transpiration : stomata opening, RH หรื อ VPD ของบรรยากาศ Water in Plant TRANSLOCATION Absorption : root penitration, moisture tension ของดิน Soil water

Soil water น้ำในดิน นิยมอธิบายด้วยแรงดึงหรือแรงดันของโมเลกุลน้ำกับอนุภาคดิน ในรูปของระดับพลังงาน ที่เรียกว่าศักย์ของน้ำเป็นเกณฑ์ในการวัด (moisture tension / water potential : ) น้ำในดินที่เกี่ยวข้องกับการดูดซับได้ของรากพืชแบ่งออกเป็น 4 กลุ่มคือ free water / gravitational water : โมเลกุลของน้ำถูกดูดยึดน้อยกว่าแรงดึงดูดของโลก ในดินเหนียวมีค่ามากกว่า -0.03 MPa ในดินทรายมีค่าระหว่าง -(0.01-0.02) MPa น้ำส่วนนี้จะไหลออกไปจากชั้นดินอย่างอิสระ available water : โมเลกุลน้ำที่ถูกดูดยึดไว้ด้วยแรงระหว่าง -0.03 ถึง - 0.15 MPa เป็นน้ำที่ถูกกักเก็บในชั้นดินและพืชสามารถดูดไปใช้ได้ field capacity : คือระดับพลังงานสูงสุดที่รากพืชสามารถดึงเอาโมเลกุลน้ำออกจากชั้นดินได้ มีค่าเท่ากับ 0.03MPa permanent wilting point : โมเลกุลของน้ำถูกดูดยึดด้วยแรงมากกว่า - 0.15 MPa ซึ่งรากพืชไม่สามารถดึงเอาน้ำส่วนนี้มาใช้ได้ พืชจะแสดงอาการเหี่ยวเฉา

น้ำในชั้นดิน โมเลกุลของน้ำถูกดูดยึดติดเม็ดดินเรียกว่า hygroscopic water นั้นรากพืชไม่สามารถดึงดูดมาใช้ได้ ส่วนน้ำที่อยู่ในช่องว่างขนาดเล็กของเนื้อดิน เรียกว่า capillary water จะเคลื่อนจากที่ซึ่งมีศักย์สูงกว่าไปยังที่ซึ่งมีศักย์ต่ำกว่า (siol moisture tension) และสามารถถูกรากพืชดูดซับได้ การเก็บกักของน้ำในชั้นดิน (Soil water retention) ขึ้นอยู่กับเนื้อดิน (soil texture) ช่องว่างในดิน (soil pore) และปริมาณอินทรีย์วัตถุ (organic matter) ศักย์ของน้ำมีหน่วยเป็น bar = 0.1 J/g. = 0.987 atm. = 0.01 MPa

วิธีการวัดน้ำในดิน Gravitational method โดยการน้ำตัวอย่างดินไปอบที่อุณหภูมิ 105-110 องศา ซ จนดินแห้ง แล้วคำนวนเปอร์เซนต์ความชื้นในดินจากสูตร soil moisture percentage = (wet soil weight - dry soil weight) x 100 / dry soil weight Tensiometric method โดยการวัดแรงดึงของน้ำในดินด้วยเครื่องมือ tensiometer เหมาะสำหรับการวัดน้ำที่ระดับความชื้นสนามถึงระดับ - 0.85 MPpa Gypsum block เหมาะสำหรับการวัดที่ระดับ -0.05 ถึง 0.15 MPpa Neutron probe Hydro probe โดยการปล่อยรังสีนิวตรอนออกจากหัวส่ง เมื่อรังสีไปกระทบกับโมเลกุลของน้ำจะสะท้อนกลับมาเป็นรังสีนิวตรอนช้า ซึ่งปริมาณการสะท้อนขึ้นอยู่กับระดับความชื้นและพลังงานของน้ำในดิน

น้ำในพืช น้ำบริสุทธิมีค่าศักย์เป็นศูนย์ แต่น้ำในเซลล์พืชจะเป็นสารละลายที่ประกอบด้วยน้ำ และ assimilate หรือ photosynthate ตลอดจนแร่ธาตุที่ละลายได้ จึงทำให้เซลล์พืชมีแรงดันหรือแรงดึงต่าง ๆ ส่งผลต่อพลังงานหรือศักย์ของน้ำในเซลล์พืชดังสมการ Y = solute potential + pressure potential + matric potential สภาพที่เซลล์หนึ่ง ๆ จุน้ำไว้ได้เต็มที่ของปริมาตรเซลล์นั้น เรียกว่า full turgor ดังนั้นในขณะหนึ่งสามารแสดงสถานะของน้ำในเซลล์พืชได้จากค่า Relative water content ซึ่งคำนวนจากสูตร RWC = (Fresh weight - Dry weight) / (Fully turgid weight - DW) X 100

การวัดศักย์ของน้ำในพืช ใช้เครื่อง Pressure chamber เพื่อวัด แรงดันหรือ Water potential ของเนื้อเยื่อนั้น ๆ ใช้เครื่อง vapur pressure osmometer หรือ potentia meter เพื่อวัดแรงดันของสารละลายในเซลล์พืช เรียกว่า osmotic potential ส่วน turgor pressure สามารถวัดด้วยเครื่อง pressure probe หรือคำนวนจากสมการ turgor pressure = water potential - osmotic potential

Plat water(Root - Stem - Leaf) น้ำในบรรยากาศ ในบรรยากาศมีน้ำอยู่ในสถานะไอ และของเหลวที่อาจผกผันแล้วแต่อุณหภูมิ และความดันบรรยากาศ ดังนั้นการวัดความดันไอน้ำ และ vapour pressure deficit หรือวัดเป็นค่า Absolute humidity หรือ Realtive humidity Transpiration = VPD - Leaf water potential Flow of water in plant = Root water potential - Stem - Leaf หรือแสดงเป็น volumeของน้ำต่อวินาที Absorption = ST - Root water potential Soil water Plat water(Root - Stem - Leaf) Atm. water Absorption Transpiration

ผลของการขาดน้ำต่อพืช Physiological response stomaltal closure ลดการสังเคราะห์แสง Leaf development ลดลง แก่เร็วขึ้น หรือ หลุดร่วงได้ง่าย การสร้างและสะสมฮอร์โมน ABA, Ethylene , IAA, CK, GA Morphological response ใบหนาขึ้น มีใบน้อย สัดส่วนยอดต่อรากลดลง ใบขาดไนโตรเจน และคลอโรฟิลด์ ใบและต้นเหี่ยว ใบบิดม้วน

การปรับตัวต่อสภาพขาดน้ำ Drought escape : การหลบหนีจากสภาพแล้งด้วยกระบวนการ rapid phenological development สุกแก่เร็วขึ้น หรือ plasticity การยืดระยะเวลาการพัฒนาการออกไป Drought tolerance : การทนต่อสภาวะแห้งแล้งด้วยกระบวนการ osmotic adjustment คือการสะสม solute ในเซลล์มากขึ้น เพื่อรักษาปริมาณน้ำในเซลล์ การลการคายน้ำและการดูดน้ำเพิ่มขึ้นด้วย การมีขนหรือ wax ที่ผิวใบ การม้วนใบ การลดพื้นที่ใบ การมีระบบรากที่ลึก การลดฮอร์โมน และการมีเอนไซม์บางตัวเช่น proline

ประสิทธิภาพการใช้น้ำของพืช Water Use Efficiency ; WUE สามารถประเมินได้จาก อัตราการสังเคราะห์แสง ต่ออัตราการคายน้ำ ของต้นหรือใบพืช ปริมาณน้ำหนักแห้งที่พืชสร้าง ต่อปริมาณน้ำที่พืชใช้ในการคายระเหย ผลผลิตของพืช / (ปริมาณน้ำที่ให้แก่พืช x HI) การจะประเมินประสิทธิภาพการใช้น้ำของพืชโดยสมการใดก็แล้วแต่วัตถุประสงค์ของผู้ศึกษา

สภาวะน้ำขัง (Water logging) เมื่อเกิดสภาพน้ำท่วมขัง จะทำให้ดินขาดออกซิเจน จึงทำให้รากพืชและจุลินทรีย์ในดินไม่สามารถหายใจตามปกติได้ (aerobic respiration) จึงต้องมีการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน หรือกลไกอื่นเพื่อการสร้างพลังงานแก่รากพืช พืชจะตอบสนองดังนี้ Physiological response สร้าง ethylene denitrification Morphological response ส่วนยอดลดลง การมีรากพิเศษ