पौधे और कोई भी जीवित जीव पानी के बिना नहीं रह सकते हैं, क्योंकि पानी अधिकांश पौधों की कोशिकाओं का लगभग 80 से 90% सबसे महत्वपूर्ण घटक है। फसल और फसल उत्पादन में पानी की भूमिका को इस प्रकार समूहीकृत किया जा सकता है:
ए) शारीरिक महत्वसिंचाई के उद्देश्य, औद्योगिक उद्देश्यों, बिजली उत्पादन, पशुधन उपयोग, शहरी और ग्रामीण विकास के लिए घरेलू उपयोग के लिए अच्छी गुणवत्ता वाले पानी के बहुविध उपयोग, पानी की मांग बढ़ा रहे हैं। सिंचाई परियोजनाओं (irrigation projects) की बढ़ती लागत और अच्छी गुणवत्ता वाले पानी की सीमित आपूर्ति के कारण, यह अत्यधिक मूल्यवान वस्तु बन जाती है और इसलिए इसे तरल सोना कहा जाता है। इसके अलावा, ऐतिहासिक साक्ष्य बताते हैं कि उचित प्रबंधन के कारण जल आधार पर स्थापित सभी सभ्यता उसी जल आधार के अनुचित प्रबंधन के कारण गायब हो जाती है। सभी बेहतर किस्मों, जैविक खाद, अकार्बनिक उर्वरक, कुशल श्रम बचत उपकरण, बेहतर कीट और रोग प्रबंधन तकनीकों को तभी लागू किया जा सकता है जब फसल को पर्याप्त पानी दिया जाए। पानी के विविध मूल्य को इस प्रकार उद्धृत किया जा सकता है:
जैसा कि सर सी.वी. रमन द्वारा इंगित किया गया है, पानी जीवन का अमृत है जो पृथ्वी पर चमत्कार करता है यदि इसका उपयोग उचित, कुशलतापूर्वक, आर्थिक रूप से, पर्यावरण की दृष्टि से, इष्टतम, समान रूप से और न्यायिक रूप से किया जाता है।
ठोस - तरल- गैसीय रूप (Solid – liquid- gaseous form - किसी भी मानक पुस्तक का संदर्भ लें)।
ठोस के रूप में पानी की स्थिति - बर्फ, उसका तापमान - बर्फ, हिमखंडों और बर्फ के पहाड़ों के रूप में उपस्थिति, बर्फ के ग्लेशियर और पानी की उपलब्धता पर उनकी भूमिका।
पानी के रूप में - महासागर - महासागर की सीमा - पानी की उपलब्धता पर उनकी भूमिका।
गैसीय रूप - बादल और उनका निर्माण - वर्षा - वर्षा के रूप आदि।
मिट्टी एक तीन-चरण प्रणाली (three-phase system) है जिसमें खनिज और कार्बनिक पदार्थों और विभिन्न रासायनिक यौगिकों से बना ठोस चरण, मिट्टी की नमी नामक तरल चरण और मिट्टी की हवा नामक गैसीय चरण शामिल हैं। ठोस चरण का मुख्य घटक मिट्टी के कण हैं, जिनका आकार और आकार विभिन्न ज्यामिति के छिद्र स्थानों को जन्म देते हैं। मौजूद नमी की मात्रा के आधार पर, ये छिद्र स्थान अलग-अलग अनुपात में पानी और हवा से भरे होते हैं। ठोस कणों, तरल (मिट्टी का घोल - soil solution) और गैस (मिट्टी की हवा - soil air) की उपस्थिति एक जटिल बहुस्तरीय प्रणाली का गठन करती है। मिट्टी प्रणाली में तीन मुख्य घटकों की मात्रा संरचना व्यापक रूप से भिन्न होती है। एक विशिष्ट गाद दोमट मिट्टी, उदाहरण के लिए, लगभग 50 प्रतिशत ठोस, 30 प्रतिशत पानी और 20 प्रतिशत हवा होती है। तीन बुनियादी घटकों के अलावा, मिट्टी में आमतौर पर बैक्टीरिया, कवक, शैवाल, प्रोटोजोआ, कीड़े और छोटे जानवर जैसे कई जीवित जीव होते हैं जो प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से मिट्टी की संरचना और पौधों के विकास को प्रभावित करते हैं। सिंचाई को प्रभावित करने वाली सबसे महत्वपूर्ण मिट्टी की विशेषताएं इसकी घुसपैठ की विशेषताएं और जल धारण क्षमता हैं। सिंचाई जल के प्रबंधन में मिट्टी की बनावट, मिट्टी की संरचना, केशिका चालकता, मिट्टी प्रोफ़ाइल की स्थिति और जल तालिका की गहराई जैसे अन्य मिट्टी के गुणों पर भी विचार किया जाता है।
मिट्टी के खनिज और कार्बनिक यौगिक एक ठोस (यद्यपि कठोर नहीं) मैट्रिक्स से होते हैं, जिसके अंतराल में अनियमित आकार के छिद्र होते हैं, जिनकी ज्यामिति मैट्रिक्स की सीमाओं द्वारा परिभाषित होती है। छिद्र स्थान, सामान्य रूप से, आंशिक रूप से मिट्टी की हवा और तरल वाष्प से और आंशिक रूप से मिट्टी के पानी के तरल चरण से भरा होता है। मिट्टी की नमी मिट्टी के सबसे महत्वपूर्ण अवयवों में से एक है। यह इसके सबसे गतिशील गुणों में से एक है। पानी मिट्टी की कई भौतिक और रासायनिक प्रतिक्रियाओं के साथ-साथ पौधों के विकास को गहराई से प्रभावित करता है।
पानी के गुणों को उसके अणु की संरचना द्वारा समझाया जा सकता है। हाइड्रोजन के दो परमाणु और ऑक्सीजन का एक परमाणु मिलकर एक तिल बनाते हैं जो काफी हद तक ऑक्सीजन आयन द्वारा निर्धारित होता है। दो हाइड्रोजन आयन व्यावहारिक रूप से कोई जगह नहीं लेते हैं। पानी के अणु अलग-अलग मौजूद नहीं हैं। पानी में हाइड्रोजन एक अणु से दूसरे अणु को जोड़ने वाले लिंक के रूप में कार्य करता है।
मिट्टी पानी के लिए भंडारण जलाशय के रूप में कार्य करती है। फसल के रूट ज़ोन में जमा पानी का उपयोग ही उसके वाष्पोत्सर्जन और पौधों के ऊतकों के निर्माण के लिए किया जा सकता है। जब जड़ क्षेत्र में पर्याप्त पानी होता है, तो पौधे उचित वृद्धि और विकास के लिए अपनी दैनिक पानी की आवश्यकताओं को प्राप्त कर सकते हैं। जैसे-जैसे पौधे पानी का उपयोग करना जारी रखते हैं, उपलब्ध आपूर्ति कम होती जाती है, और जब तक और पानी नहीं डाला जाता, पौधे बढ़ना बंद कर देते हैं और अंततः मर जाते हैं। इस अवस्था में पहुंचने से पहले जब फसल की वृद्धि पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है, तो फिर से सिंचाई करना आवश्यक है। प्रत्येक सिंचाई में लगाए जाने वाले पानी की मात्रा, और सिंचाई की आवृत्ति मिट्टी के गुणों और सिंचित की जाने वाली फसल पर निर्भर करती है।
मिट्टी के पानी के प्रकार:जब सूखी मिट्टी में बारिश या सिंचाई द्वारा पानी डाला जाता है, तो यह मिट्टी के कणों के चारों ओर वितरित हो जाता है जहां यह चिपकने वाले और एकजुट बलों द्वारा धारण किया जाता है; यह छिद्र स्थानों में हवा को विस्थापित करता है और अंततः छिद्रों को भरता है। जब सभी छिद्र, बड़े और छोटे, भर जाते हैं, तो मिट्टी को संतृप्त कहा जाता है और यह अपनी अधिकतम धारण क्षमता पर होती है। मिट्टी के पानी के तीन मुख्य वर्ग निम्नलिखित हैं:
आसंजन पानी के अणुओं के लिए ठोस सतहों का आकर्षण है। आसंजन केवल ठोस-तरल इंटरफ़ेस (solid-liquid interface) पर ही काम करता है और इसलिए इसके द्वारा स्थापित पानी की फिल्म बहुत पतली होती है। सामंजस्य एक दूसरे के लिए पानी के अणुओं का आकर्षण है। यह बल जलयोजन द्वारा स्थापित पानी की फिल्मों की एक चिह्नित मोटाई को तब तक संभव बनाता है जब तक कि वे सूक्ष्म आकार प्राप्त नहीं कर लेते। जैसे-जैसे फिल्म मोटी और मोटी होती जाती है, गुरुत्वाकर्षण के बल कार्य करते हैं और पानी बड़े छिद्रों से नीचे की ओर बहता है। इस तरह के पानी को शिथिल रूप से रखा जाता है। इस प्रकार, जब मिट्टी संतृप्ति के करीब होती है, तो पानी की वृद्धि को निकालना आसान होता है, लेकिन जैसे-जैसे मिट्टी में नमी कम और कम होती जाती है, नमी की इकाई मात्रा को निकालने के लिए आवश्यक बल उतना ही अधिक होगा।
जब एक सूखी मिट्टी के नमूने को जल वाष्प के संपर्क में लाया जाता है, तो यह नमी ग्रहण करेगा। सोखने की मात्रा उजागर की गई सतह की प्रकृति और परिमाण, तापमान और आर्द्रता की डिग्री पर निर्भर करती है। इस प्रकार अवशोषित नमी जलयोजन का पानी, आसंजन का पानी, या आमतौर पर हाइग्रोस्कोपिक पानी है। जब वायु संतृप्ति 100 प्रतिशत होती है तो ऐसी नमी की अधिकतम मात्रा प्राप्त की जाएगी।
केशिका जल को लगभग 31 वायुमंडल और एक तिहाई वायुमंडल (one-third atmosphere) के तनाव के बीच रखा जाता है। 31 और 15 वायुमंडल के बीच, केशिका समायोजन बहुत सुस्त है। अपेक्षाकृत आसान आंदोलन तब तक नहीं होता है जब तक कि पानी की फिल्म मोटी न हो जाए और एक-तिहाई वायुमंडल के निकट दबाव न पहुंच जाए। इसके ऊर्जा संबंधों के परिणामस्वरूप, केशिका पानी विलेय को धारण करने वाला एकमात्र तरल पानी है, जो किसी भी समय मिट्टी में रहता है, यदि जल निकासी संतोषजनक है। इस प्रकार, यह भौतिक और रासायनिक रूप से मिट्टी के घोल के रूप में कार्य करता है। मिट्टी में केशिका पानी की मात्रा को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक संरचना, बनावट और कार्बनिक पदार्थ हैं। खनिज मिट्टी के कणों की बनावट जितनी महीन होगी, उसकी केशिका क्षमता उतनी ही अधिक होने की संभावना है। दानेदार मिट्टी की संरचना उच्च केशिका क्षमता पैदा करती है। कार्बनिक पदार्थों की उपस्थिति केशिका क्षमता को बढ़ाती है.
एक-तिहाई वायुमंडल (one-third atmosphere) या उससे कम के तनाव पर मिट्टी में मौजूद पानी गुरुत्वाकर्षण पर प्रतिक्रिया करेगा और नीचे की ओर बढ़ेगा, इसलिए इसका नाम गुरुत्वाकर्षण जल है। इस प्रकार प्रभावित पानी वह है जो गैर-केशिका (non-capillary - बड़े) छिद्रों में मौजूद होता है। पानी के तीन रूपों में से, केवल केशिका और गुरुत्वाकर्षण पानी सिंचाई करने वालों (irrigationists) के लिए रुचि रखते हैं क्योंकि हाइग्रोस्कोपिक पानी पौधों के लिए उपलब्ध नहीं है।
सतह से मिट्टी में पानी की आवाजाही को घुसपैठ कहा जाता है। मिट्टी की घुसपैठ की विशेषताएं सिंचाई को प्रभावित करने वाले प्रमुख चर में से एक हैं। घुसपैठ दर मिट्टी की विशेषता है जो अधिकतम दर निर्धारित करती है जिस पर पानी विशिष्ट परिस्थितियों में मिट्टी में प्रवेश कर सकता है, जिसमें अतिरिक्त पानी की उपस्थिति भी शामिल है। इसमें वेग के आयाम हैं। किसी दिए गए समय में जिस वास्तविक दर पर पानी मिट्टी में प्रवेश कर रहा है, उसे घुसपैठ वेग कहा जाता है।
सिंचाई के दौरान घुसपैठ की दर कम हो जाती है। कमी की दर शुरू में तेज होती है और घुसपैठ की दर एक स्थिर मूल्य तक पहुंचने की प्रवृत्ति रखती है। सिंचाई शुरू होने से कुछ समय बीत जाने के बाद जो लगभग स्थिर दर विकसित होती है, उसे बुनियादी घुसपैठ दर कहा जाता है।
घुसपैठ दर को प्रभावित करने वाले कारकमिट्टी में पानी की घुसपैठ को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारक प्रारंभिक नमी सामग्री, मिट्टी की सतह की स्थिति, मिट्टी प्रोफ़ाइल की हाइड्रोलिक चालकता, बनावट, सरंध्रता, और मिट्टी के कोलाइड्स की सूजन की डिग्री और कार्बनिक पदार्थ, वनस्पति कवर, सिंचाई या वर्षा की अवधि और पानी की चिपचिपाहट हैं। पूर्ववर्ती मिट्टी की नमी की मात्रा का घुसपैठ की प्रारंभिक दर और कुल मात्रा पर काफी प्रभाव पड़ता है, मिट्टी की नमी बढ़ने पर दोनों कम हो जाते हैं। किसी भी मिट्टी की घुसपैठ दर मिट्टी के प्रोफाइल में और उसके माध्यम से पानी के प्रवाह के किसी भी अवरोध द्वारा सीमित होती है। सतह पर या उसके नीचे सबसे कम पारगम्यता वाली मिट्टी की परत, आमतौर पर घुसपैठ दर निर्धारित करती है। घुसपैठ की दर मिट्टी की सरंध्रता से भी प्रभावित होती है जो खेती या संघनन से बदल जाती है। खेती सतह की मिट्टी की सरंध्रता बढ़ाकर और सतह की सील को तोड़कर घुसपैठ दर को प्रभावित करती है। घुसपैठ पर जुताई (tillage) का प्रभाव आमतौर पर केवल तब तक रहता है जब तक कि बाद की सिंचाई (subsequent irrigations) के कारण मिट्टी अपने पुराने बल्क घनत्व की स्थिति में वापस नहीं आ जाती।
घुसपैठ की दर आम तौर पर हल्की बनावट वाली मिट्टी की तुलना में भारी बनावट वाली मिट्टी में कम होती है। कई शोधकर्ताओं द्वारा घुसपैठ की दर पर मिट्टी के ऊपर पानी की गहराई के प्रभाव की जांच की गई। यह स्थापित हो गया है कि सतही सिंचाई (surface irrigation) में, बढ़ी हुई गहराई प्रारंभिक घुसपैठ को थोड़ा बढ़ा देती है, लेकिन लंबे समय तक सिंचाई (prolonged irrigation) के बाद हेड का नगण्य प्रभाव पड़ता है। वनस्पति आवरण से भी घुसपैठ की दरें प्रभावित होती हैं। बंजर खेती रहित भूमि की तुलना में घास के मैदान पर घुसपैठ की दर काफी अधिक है। कार्बनिक पदार्थ के जुड़ने से घुसपैठ की दर काफी बढ़ जाती है। मिट्टी प्रोफाइल की हाइड्रोलिक चालकता अक्सर घुसपैठ के दौरान बदल जाती है, न केवल बढ़ती नमी सामग्री के कारण, बल्कि सतह के कणों के पुनर्विन्यास और महीन सामग्री के मिट्टी में धुलने के कारण सतह के पडलिंग के कारण भी। पानी की चिपचिपाहट घुसपैठ को प्रभावित करती है। अन्यथा तुलनीय मिट्टी की स्थिति के तहत उष्णकटिबंधीय में घुसपैठ की उच्च दर गर्म पानी की कम चिपचिपाहट के कारण है।
मिट्टी के नमूने की नमी सामग्री को आमतौर पर 105°C पर सुखाने पर नष्ट हुए पानी की मात्रा कहलाता है, जिसे या蜻तो सूखी मिट्टी के प्रति इकाई वजन पानी के वजन या थोक मिट्टी के प्रति इकाई मात्रा पानी की मात्रा के रूप में व्यक्त किया जाता है। हालांकि उपयोगी, ऐसी जानकारी पौधों के विकास के लिए पानी की उपलब्धता का स्पष्ट संकेत नहीं है। अंतर मौजूद है क्योंकि पानी बनाए रखने की विशेषताएं अलग-अलग मिट्टी के लिए अलग हो सकती हैं।
जो ताकतें मिट्टी और पानी को एक साथ रखती हैं, वे अलग-अलग अणुओं के बीच आकर्षण पर आधारित होती हैं, दोनों पानी और मिट्टी के अणुओं (आसंजन - adhesion) के बीच और पानी के अणुओं के बीच (सामंजस्य - cohesion)। गीली सीमा में सतही तनाव सबसे महत्वपूर्ण बल है, जबकि सूखी सीमा में सोखना मुख्य कारक है। इस प्रकार, नमी जितनी अधिक होगी, पानी के लिए मिट्टी का आकर्षण उतना ही कम होगा। मिट्टी में पानी के तनाव की ऊर्जा विशिष्ट सतह के साथ-साथ मिट्टी की संरचना और इसकी विलेय सामग्री पर निर्भर करती है। जब पानी बारीक केशिकाओं में मौजूद होता है, तो वह ऊर्जा जिसके साथ यह जुड़ा होता है, सतह के तनाव और केशिका आकार का एक कार्य है, लेकिन जब यह बड़े छिद्रों में मौजूद होता है, तो यह मिट्टी से ढीला बंधा होता है और गुरुत्वाकर्षण द्वारा काम किया जा सकता है। जब लवण पानी में घुल जाते हैं, तो वे पानी की मुक्त ऊर्जा को कम कर देते हैं। इसमें घुले लवणों के आधार पर मिट्टी के पानी में शुद्ध पानी की तुलना में कम मुक्त ऊर्जा होती है। इसके अलावा, मिट्टी का पानी जो ठोस कणों से हाइग्रोस्कोपिक पानी के रूप में बंधा होता है, संपर्क की सतह द्वारा कसकर रखा जाता है और बंधन बलों के आधार पर कम मुक्त ऊर्जा होती है। इस प्रकार, दो प्रकार की बातचीत होती है जो पानी की मुक्त ऊर्जा को कम करती है, अर्थात्, (i) लवण की घुलनशीलता के कारण, (ii) पानी और ठोस सतह की बातचीत के कारण। ये दोनों मिट्टी के पानी की ऊर्जा को कम करने में एक साथ जुड़ते हैं। इस प्रकार, मिट्टी में पानी का प्रतिधारण और मिट्टी में पानी की आवाजाही की प्रवृत्ति ऊर्जा प्रभावों के परिणाम हैं।
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