Water relation : Soil-Plant-Atmosphere continuum

1. Water relation : Soil-Plant-Atmosphere continuum

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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. การวัดศักย์ของน้ำในพืชการวัดศักย์ของน้ำในพืช • 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

8. 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 Atm. water Soil water Plat water(Root - Stem - Leaf) Absorption Transpiration

9. 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

10. การปรับตัวต่อสภาพขาดน้ำการปรับตัวต่อสภาพขาดน้ำ 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

11. ประสิทธิภาพการใช้น้ำของพืชประสิทธิภาพการใช้น้ำของพืช • Water Use Efficiency ; WUE สามารถประเมินได้จาก • อัตราการสังเคราะห์แสง ต่ออัตราการคายน้ำ ของต้นหรือใบพืช • ปริมาณน้ำหนักแห้งที่พืชสร้าง ต่อปริมาณน้ำที่พืชใช้ในการคายระเหย • ผลผลิตของพืช / (ปริมาณน้ำที่ให้แก่พืช x HI) • การจะประเมินประสิทธิภาพการใช้น้ำของพืชโดยสมการใดก็แล้วแต่วัตถุประสงค์ของผู้ศึกษา

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