Brak irrigatiewater en verwelkende tomaten
Een akkerbouwer in de Flevopolder teelt tomaten in een kas. Door droogte mag hij in juli alleen irrigeren met brak grondwater: 7 gram zout per liter, vooral NaCl. De grond is zware klei en hij geeft het water via druppelirrigatie aan de voet van de plant. Na twee weken verwelken de toppen van de planten, terwijl de grond vochtig aanvoelt; de bladranden worden bruin en de opbrengst daalt met 18%. Metingen: de bodemoplossing rond de wortels heeft een osmotische waarde van 0,45 MPa, de wortelcellen hebben een osmotische waarde van 0,55 MPa. De turgordruk in de wortelcellen is 0,25 MPa. Een collega stelt voor om 's nachts de dubbele hoeveelheid water te geven om het zout weg te spoelen; een tweede collega wil overstappen op een zouttolerant ras. De akkerbouwer zelf overweegt om gewoon meer van hetzelfde brakke water te geven.
1. Bereken met de formule waterpotentiaal = osmotische waarde (met minteken) + turgordruk de waterpotentiaal van de bodemoplossing en van de wortelcel. Leg met je uitkomsten uit waarom de plant verwelkt terwijl de grond nat is.
Read the worked answer
Berekening
- Bodemoplossing: geen turgordruk, dus Ψ_bodem = −0,45 + 0 = −0,45 MPa
- Wortelcel: Ψ_cel = −0,55 + 0,25 = −0,30 MPa
Betekenis
Water verplaatst zich altijd van een plaats met een hoge waterpotentiaal (minder negatief) naar een plaats met een lage waterpotentiaal (negatiever). Hier is de wortelcel met −0,30 MPa 'natter' dan de bodemoplossing met −0,45 MPa. Het water stroomt dus van de wortel de bodem in, precies de verkeerde kant op.
Gevolg voor de plant
De plant kan geen water opnemen, terwijl hij via de bladeren blijft verdampen. Het turgorverlies zorgt dat de toppen slap worden: verwelking. De celwanden voorkomen dat de cel direct barst, maar het plasmamembraan laat los van de wand (plasmolyse) en de cel verliest zijn functie. Dat de grond vochtig aanvoelt, zegt dus niets: niet de hoeveelheid water is het probleem, maar de osmotische waarde van dat water. Meer water geven lost dat niet op, want dan komt er ook meer zout in de bodem.
2. Beoordeel de drie voorstellen: 's nachts de dubbele hoeveelheid water geven om uit te spoelen, meer van hetzelfde brakke water geven, of overstappen op een zouttolerant ras. Kies beargumenteerd de beste aanpak en noem één voorwaarde waaraan die moet voldoen.
Read the worked answer
Meer van hetzelfde brakke water
Dit werkt niet, en kan het probleem verergeren. Elk liter brak water voegt zout toe. Omdat de plant blijft verdampen en het zout achterblijft, stijgt de osmotische waarde van de bodemoplossing verder. Het verschil met de wortelcel wordt dan nog groter en de opname stopt helemaal.
's Nachts de dubbele hoeveelheid geven
Dit is kansrijk. 's Nachts is de verdamping laag, zodat het water echt door de grond spoelt in plaats van direct te verdampen. Het zout wordt naar beneden verplaatst, weg van de wortelzone, en de bodemoplossing wordt verdund: de osmotische waarde daalt en de waterpotentiaal van de bodem komt boven die van de wortelcellen. Het nadeel is dat het zoute water ergens naartoe moet; zonder drainage hoopt het zich op in de ondergrond en verzilt de bodem blijvend. Bovendien kan het zoute water in de sloot terechtkomen.
Zouttolerant ras
Dit verlaagt het opbrengstverlies, maar pakt de oorzaak niet aan: de bodem verzilt gewoon door.
Beste aanpak
Spoelen 's nachts, maar alleen in combinatie met een werkende drainage, en daarnaast het zouttolerante ras. De voorwaarde is dus dat het afgevoerde zoute water wordt afgevoerd en niet op het perceel of in het oppervlaktewater blijft.
3. Leg uit welke celonderdelen en processen bepalen of een plantencel plasmolyseert, en verklaar waarom juist de bladranden bruin worden.
Read the worked answer
Celonderdelen
De celwand is stevig en laat water en opgeloste stoffen door, maar bepaalt de vorm van de cel. Het plasmamembraan is selectief doorlaatbaar en gedraagt zich als een osmotische membraan: water kan erdoor, de meeste zouten en suikers niet. De vacuole bevat de opgeloste stoffen en levert daarmee het grootste deel van de osmotische waarde van de cel.
Het proces
Zolang de waterpotentiaal buiten de cel hoger is dan in de cel, stroomt water naar binnen, drukt de vacuole tegen de celwand en ontstaat turgor: de cel is stevig. Zodra de waterpotentiaal buiten lager wordt dan in de cel, keert de richting om. De vacuole krimpt, het plasmamembraan laat op veel plaatsen los van de celwand: plasmolyse. Bij veel cellen tegelijk verliest het weefsel zijn stevigheid en verwelkt het blad.
Waarom de bladranden bruin worden
Aan de rand van het blad is het weefsel dun en staan de cellen sterk bloot aan verdamping; daar is de waterpotentiaal het eerst te laag. Bovendien hoopt zout (Na+ en Cl−) zich daar op, en te veel zout is rechtstreeks giftig voor de cellen. De cellen sterven af en er ontstaat necrose: bruine, kurkachtige randen. Het bruin worden is dus het eindstadium van watertekort plus zoutschade, niet alleen 'droogte'.