پتانسیل آب
آب قابل استفادهٔ خاک
جذب و حرکت آب
تبخیر و تعرق (Evapotransopiration)
عوامل محیطی مؤثر بر تبخیر و تعرق
عوامل گیاهی مؤثر بر تبخیر و تعرق
تبخیر و تعرق بالقوه(Potential evapotranspiration)
تنش کمبود رطوبت
تنظیم فشار اسمزی Osmotic adjustment
عکس‌العمل روزنه‌ها به تنش رطوبت
اثرات تنش آب بر عملکرد
بازده مصرف آب
خاک گیاه علفى سریع‌الرشد عمدتاً از آب تشکیل شده است. محتوى آب گیاه بین ۷۰ تا ۹۰% مىباشد که بسته به سن گیاه، گونه گیاه، بافت موردنظر و محیط، متفاوت است. آب براى بسیارى از فعالیت‌هاى گیاهى لازم است:
۱. حلال بوده و محیطى مناسب براى واکنش‌هاى شیمیائى فراهم مى‌نماید.
۲. محیطى مناسب براى انتقال مواد آلى و معدنى مىباشد.
۳. موجب تورم سلول‌هاى گیاهى مى‌شود. آماس باعث بزرگ شدن سلول، ساختار گیاه و شکل‌گیرى آن مى‌گردد.
۴. باعث آبگیرى (Hydration)، خنثى‌سازى (Neutralization)، بار الکتریکى روى مولکول‌هاى کلوئیدى مى‌شود. در مورد آنزیم‌ها، آبگیرى موجب حفظ ساختمان آنزیم و تسهیل فعالیت‌هاى کاتالیزورى آن مى‌گردد.
۵. ماده خام فتوسنتزى فرآیندهاى هیدرولتیکى و سایر واکنش‌هاى گیاهى را تشکیل دهد.
۶. تبخیر آب (تعرق) موجب خنک شدن گیاه مى‌گردد.
در شرایط مزرعه، ریشه‌ها در خاک نسبتاً مرطوب نفوذ مى‌کنند، درحالى‌که ساقه و برگ‌ها در محیط نسبتاً خشک رشد مى‌نمایند. این امر موجب جریان مستمر آب از طریق خاک به داخل گیاه و به اتمسفر مى‌گردد که در جهت کاهش انرژى پتانسیل صورت مى‌گیرد. مقدار آبى که روزانه از این طریق جریان مى‌یابد حدود ۱ تا ۱۰ برابر مقدارى است که بافت گیاهى در خود نگه داشته و ۱۰ تا ۱۰۰ برابر مقدار آبى است که براى توسعهٔ سلول‌هاى جدید مصرف مى‌شود و ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ برابر مقدار آبى است که در فتوسنتز به مصرف مى‌رسد. بنابراین در اولین مرحله، آب از طریق خاک به برگ حرکت مى‌کند تا مقدار آبى که از طریق تعرق از دست رفته را جبران نماید.
به‌خاطر تقاضاى شدید و همچنین به‌علت اهمیت آب، گیاه به یک منبع آب مستمر براى رشد و نمو خود نیاز دارد، هر وقت که آب محدود مى‌گردد رشد نیز کاهش مى‌یابد و معمولاً عملکرد هم کاهش مى‌یابد. مقدار کاهش عملکرد متأثر از ژنوتیپ، شدت کمبود آب و مرحلهٔ نمو گیاه مىباشد.
پتانسیل آب
آب قابل استفادهٔ خاک
جذب و حرکت آب
سیستمی که ماهیت آب و حرکت آن را در خاک و گیاه بیان می‌کند بر مبناء روابط انرژی پتانسیل استوار است. وقتی که آب از یک منطقه دارای انرژی پتانسیل زیاد به یک منطقه دارای انرژی پتانسیل کم حرکت می‌کند ، این آب دارای توان انجام کار است. انرژی پتانسیل یک سیستم آبکی (Aqueos) ، در مقایسه با انرژی پتانسیل آب خالص قیاس می‌شود. چون آب در گیاه و در خاک معمولاً به‌علت دارا بودن مواد محلول (Solutes) ، از نظر شیمیائی خالص نیست و از نظر فیزیکی به‌علت کشش‌های قطبی ، نیروی ثقل ، و فشار ، انرژی پتانسیل آن کمتر از آب خالص می‌باشد انرژی پتانسیل آب در گیاه و خاک را پتانسیل آب می‌نامند که با حروف یونانی سای (ψw) نشان داده می‌شود و به‌صورت نیرو بر واحد سطح بیان می‌شود. واحد اندازه‌گیری آن معمولاً بار یا پاسکال (Pa) ، می‌باشد. یک‌بار مساوی ۱۰ به توان ۵ پاسکال یا ۱۰ به توان ۶ دین بر سانتی‌متر مربع یا ۹۹/۰ اتمسفر و یا ۱۰ به توان ۲ ژول بر کیلوگرم می‌باشد. آب خالص دارای پتانسیل آب صفر بار می‌باشد. پتانسیل آب در خاک و گیاه معمولاً کمتر از صفر بار می‌باشد. یعنی مقدار آن منفی است. هر چقدر این مقدار بیشتر منفی باشد پتانسیل آن کمتر است:
پتانسیل آب گیاه و خاک حاصل جمع چند پتانسیل به شرح زیر مىباشد:
(فرمول در فایل اصلی موجود است)
ψm = پتانسیل ماتریک (Matrix potential)، نیروئى که توسط آن، آب به گیاه یا سطح ذرات خاک چسبیده است (به‌وسیله نیروى جذب سطحى Adsorption، یا شعریه‌اى Capillarity)، این جاذبه‌ها فقط از طریق اعمال نیروى دیگرى مى‌توان خنثى کرد. بنابراین مقدار آن همواره منفى است.
ψs = پتانسیل مواد محلول (پتانسیل اسمزی). انرژى پتانسیل آب است که تحت تأثیر غلظت مواد حل شده قرار مى‌گیرد. مواد حل شده انرژى پتانسیل آب را کاهش مى‌دهند و در نتیجه محلول داراى پتانسیل منفى مى‌گردد.
ψp = پتانسیل فشارى (فشار آماس Turgor pressurer)، نیروئى که توسط فشار هیدرواستاتیکى حاصل مى‌شود. از آنجائى که این نیرو توسط آب به گیاه وارد مى‌شود بنابراین داراى مقدار مثبت مىباشد. معمولاً این پتانسیل در خاک اهمیت کمى دارد ولى در سلول‌هاى گیاهى داراى اهمیت زیادى است.
ψz = پتانسیل ثقلى که همیشه در گیاهان وجود داشته لیکن در مقایسه با ۳ پتانسیل دیگر در گیاهان کوتاه قامت، داراى اهمیت ناچیزى است. در درختان بلند پتانسیل ثقلى داراى اهمیت است.
آب قابل استفادهٔ خاک
ریشه گیاهان در خاک مرطوب رشد مى‌نمایند و آب را تا زمانى‌که پتانسیل آب خاک به یک حد بحرانى برسد از خاک مى‌گیرند. آبى که از خاک مى‌تواند از طریق ریشه گیاهان خارج گردد به‌نام آب قابل استفاده یا آب در دسترس نامیده شده است که عبارت است از تفاوت محتوى آب ظرفیت مزرعه (آبى که على‌رغم نیروى ثقل در خاک نگهدارى مى‌شود) و درصد پژمردگى دائمى (درصد رطوبت خاک که در آن گیاه پژمرده مى‌شود و در اتمسفر داراى ۱۰۰% رطوبت نسبى هم شاداب نمى‌گردد).
رطوبت قابل استفاده خاک متأثر از خواص کلوئیدى خاک (مثل سطح ویژه ذارت خاک) مىباشد. یک خاک رسى لومى حدود %۲۰ وزن خود آب قابل استفاده دارد. درحالى‌که یک خاک داراى بافت سبک‌تر مانند یک خاک شنى ریز حدود ۷% وزن خود آب قابل استفاده دارد. براساس واحد حجمی، در ظرفیت مزرعه خاک داراى بافت رسى لومى حدود ۱۷ سانتى‌متر آب قابل استفاده در هر متر عمق خاک داشته در حالى‌که یک خاک داراى بافت شنى ریز کمتر از ۸ سانتى‌متر آب در هر متر عمق خاک نگهدارى مى‌نماید. در ظرفیت مزرعه خاک داراى بافت ریز حدود ۲۵ سانتى‌متر آب را براى گیاهى که ریشه آن در عمق ۱/۵ مترى نفوذ نموده است تأمین مى‌نماید.
پتانسیل آب خاک (ψsiol) در خاک‌هاى زراعی، در درجه اول تحت تأثیر پتانسیل ماتریک و در درجهٔ دوم، تحت تأثیر پتانسیل اسمزى قرار مى‌گیرد. پتانسیل آب خاک را مى‌توان با ظرفیت مزرعه و درصد پژمردگى دائمى مرتبط دانست. در ظرفیت مزرعه پتانسیل آب خاک حدود ۱/۰-تا ۳/۰- بار مىباشد. درصد پژمردگى دائمى در گونه‌هاى گیاهان زراعى متفاوت است (۱۵- تا ۵۰- بار) ولى غالباً به‌طور انتخابى آن را حدود ۱۵ بار فرض مى‌کنند. پتانسیل آب در نقطه پژمردگى دائمى داراى اهمیت ناچیزى است چون بیش از ۷۰% آب قابل استفاده در پتانسیل ۵- بار از خاک خارج شده است. همچنین مقدار آب قابل استفاده در بین۱۵- تا ۳۰- بار بسیار ناچیز است.