मिट्टी की नमी का तनाव उस दृढ़ता का एक उपाय है जिसके साथ पानी मिट्टी में रहता है और प्रति इकाई क्षेत्र बल दिखाता है जिसे मिट्टी से पानी निकालने के लिए लगाया जाना चाहिए। दृढ़ता को मिट्टी में पानी की संभावित ऊर्जा के संदर्भ में मापा जाता है, जिसे आमतौर पर मुक्त पानी के संबंध में मापा जाता है। यह आमतौर पर वायुमंडल में व्यक्त किया जाता है, जो समुद्र तल पर औसत वायु दबाव है। पानी के सेमी या पारे के सेमी या मिमी जैसी अन्य दबाव इकाइयों का भी अक्सर उपयोग किया जाता है (1 वायुमंडल = पानी का 1036 सेमी या पारे का 76.39 सेमी)। इसे कभी-कभी बार में भी व्यक्त किया जाता है (1 बार = 106 डायन / सेमी2 = पानी के स्तंभ का 1023 सेमी)।
1 मिलीबार = 1/1000 बार
मिट्टी की नमी का तनाव छोटे आयामों में सतही तनाव (केशिका - capillarity) द्वारा और उच्च आयामों में आसंजन द्वारा लाया जाता है। बकिंघम (Buckingham - 1907) ने उस ऊर्जा को परिभाषित करने के लिए 'केशिका क्षमता' की अवधारणा पेश की जिसके साथ पानी मिट्टी द्वारा धारण किया जाता है। हालाँकि, यह शब्द पूरी नमी सीमा पर लागू नहीं होता है। गीली मिट्टी में, जब तक पानी का एक सतत स्तंभ है, इसे 'हाइड्रोस्टैटिक क्षमता' कहा जा सकता है, मध्यवर्ती सीमा में 'केशिका क्षमता' शब्द उपयुक्त है। शुष्क सीमा में 'हाइग्रोस्कोपिक क्षमता' शब्द उपयुक्त होगा। हालांकि, 'मिट्टी की नमी क्षमता', 'मिट्टी की नमी चूषण' और 'मिट्टी की नमी तनाव' शब्द अक्सर नमी की पूरी श्रृंखला को कवर करने के लिए समानार्थक रूप से उपयोग किए जाते हैं (खोंके, 1968)।
मिट्टी का pF:स्कोफील्ड (Scholfield - 1935) ने मिट्टी की नमी के तनाव के लघुगणक के उपयोग का सुझाव दिया और इस लघुगणक का प्रतीक pF दिया जो एक मुक्त-ऊर्जा अंतर (free-energy difference) की घातीय अभिव्यक्ति है (मुक्त-जल स्तर के ऊपर एक जल स्तंभ की ऊंचाई के आधार पर सेमी में)। pF फ़ंक्शन, अम्लता-क्षारीयता पैमाने (acidity-alkalinity scale) pH के अनुरूप, पानी के सेमी में व्यक्त मिट्टी की नमी के नकारात्मक दबाव के संख्यात्मक मान के आधार 10 के लघुगणक के रूप में परिभाषित किया गया है।
\( pF = \log_{10} h \)
जिसमें:
\( h = \) पानी के सेमी में मिट्टी की नमी का तनाव
यदि आसमाटिक तनाव नगण्य है, यानी कम नमक एकाग्रता पर, मिट्टी की नमी का pF पानी के सेमी में व्यक्त केशिका तनाव के लघुगणक के लगभग बराबर हो सकता है।
मिट्टी की नमी का तनाव न तो मिट्टी की नमी की मात्रा का संकेत है और न ही किसी विशेष तनाव पर पौधों के उपयोग के लिए उपलब्ध पानी की मात्रा का। ये मिट्टी की बनावट, संरचना और अन्य विशेषताओं पर निर्भर हैं और प्रत्येक मिट्टी के लिए अलग से निर्धारित किया जाना चाहिए। आम तौर पर रेतीली मिट्टी कम तनाव पर लगभग पूरी तरह से निकल जाती है, लेकिन महीन बनावट वाली मिट्टी अभी भी इतनी उच्च तनाव पर नमी की एक बड़ी मात्रा रखती है कि मिट्टी में उगने वाले पौधे मुरझा सकते हैं। नमी निष्कर्षण वक्र, जिसे नमी विशेषता वक्र भी कहा जाता है, जो नमी की मात्रा बनाम नमी तनाव के भूखंड हैं, नमी की मात्रा दिखाते हैं जो एक दी गई मिट्टी विभिन्न तनावों पर रखती है। विभिन्न तनावों पर मिट्टी द्वारा रखे गए पानी की मात्रा का ज्ञान आवश्यक है, ताकि पौधों के लिए उपलब्ध पानी की मात्रा, छिद्र (percolation) शुरू होने से पहले मिट्टी द्वारा लिया जा सकने वाला पानी और सिंचाई के लिए उपयोग किए जाने वाले पानी की मात्रा को समझा जा सके।
पूर्ववर्ती पैराग्राफ में चर्चा के अनुसार मृदा-नमी तनाव (Soil-moisture tension) शुद्ध पानी पर आधारित है। मिट्टी के पानी में लवण उस बल को बढ़ाते हैं जिसे पानी निकालने के लिए लगाया जाना चाहिए और इस प्रकार पौधों को उपलब्ध पानी की मात्रा को प्रभावित करता है। लवण के कारण तनाव में वृद्धि आसमाटिक दबाव से होती है। यदि एकाग्रता में भिन्न दो समाधानों को विघटित पदार्थ के लिए अभेद्य झिल्ली द्वारा अलग किया जाता है, जैसे कि पौधे की जड़ में कोशिका झिल्ली, तो पानी कम सांद्रता वाले समाधान से उच्च सांद्रता वाले समाधान में चला जाता है। जिस बल के साथ पानी ऐसी झिल्ली में जाता है उसे आसमाटिक दबाव कहा जाता है और इसे वायुमंडल में मापा जाता है।
पौधों की वृद्धि मिट्टी की नमी के तनाव का एक कार्य है जो मिट्टी की नमी के तनाव और मिट्टी के घोल के आसमाटिक दबाव का योग है। कई सिंचित मिट्टी में, मिट्टी के घोल में लवण की काफी मात्रा होती है। मिट्टी के घोल द्वारा विकसित आसमाटिक दबाव पौधों द्वारा पानी के ग्रहण को रोकता है। एक मिट्टी में उगने वाले पौधे जिसमें मिट्टी-नमी तनाव, कहते हैं, 1 वायुमंडल है, जाहिरा तौर पर अच्छी वृद्धि के लिए पर्याप्त नमी निकाल सकते हैं। लेकिन अगर मिट्टी के घोल का आसमाटिक दबाव, मान लें, 10 वायुमंडल है, तो कुल तनाव 11 वायुमंडल है और पौधे अच्छे विकास के लिए पर्याप्त पानी नहीं निकाल सकते हैं। इस प्रकार, काफी लवण वाली मिट्टी में सफल फसल उत्पादन के लिए, मिट्टी के घोल के आसमाटिक दबाव को नियंत्रित लीचिंग द्वारा यथासंभव कम रखा जाना चाहिए और जड़ क्षेत्र में मिट्टी की नमी के तनाव को एक सीमा में बनाए रखा जाता है जो फसल को पर्याप्त नमी प्रदान करेगा।
मिट्टी की नमी हमेशा दबाव ग्रेडिएंट और वाष्प दबाव के अंतर के अधीन होती है जो इसे स्थानांतरित करने का कारण बनती है। इस प्रकार, किसी भी दबाव में मिट्टी की नमी को स्थिर नहीं कहा जा सकता है। हालांकि, प्रयोगात्मक रूप से यह पाया गया है कि नीचे वर्णित कुछ नमी सामग्री कृषि में विशेष महत्व रखती हैं और इन्हें अक्सर मिट्टी की नमी 'स्थिरांक' कहा जाता है।
संतृप्ति क्षमता:जब मिट्टी के सभी छिद्र पानी से भर जाते हैं, तो मिट्टी अधिकतम जल धारण क्षमता की संतृप्ति क्षमता के तहत कही जाती है। संतृप्ति क्षमता पर पानी का तनाव लगभग शून्य होता है और यह मुक्त जल सतह के बराबर होता है।
क्षेत्र क्षमता:मिट्टी की क्षेत्र क्षमता गुरुत्वाकर्षण जल की निकासी बहुत धीमी होने और नमी की मात्रा अपेक्षाकृत स्थिर होने के बाद नमी की मात्रा है। यह स्थिति आमतौर पर बारिश या सिंचाई से मिट्टी के पूरी तरह से भीगने के एक से तीन दिन बाद मौजूद होती है। क्षेत्र क्षमता, क्षेत्र-वहन क्षमता (field-carrying capacity), सामान्य नमी क्षमता और केशिका क्षमता शब्द अक्सर समानार्थक रूप से उपयोग किए जाते हैं। क्षेत्र क्षमता पर, बड़े मिट्टी के छिद्र हवा से भरे होते हैं, सूक्ष्म छिद्र पानी से भरे होते हैं और आगे की जल निकासी धीमी होती है। क्षेत्र क्षमता मिट्टी की नमी और पौधों के संबंधों में उपलब्ध नमी सीमा की ऊपरी सीमा है। क्षेत्र क्षमता पर मिट्टी की नमी का तनाव एक मिट्टी से दूसरी मिट्टी में भिन्न होता है, लेकिन यह आमतौर पर 1/10 से 1/3 वायुमंडल तक होता है।
दायर क्षमता लगभग 2 से 5 वर्ग मीटर के क्षेत्र में मिट्टी की सतह पर पानी को रोककर और सतह के वाष्पीकरण को रोककर एक से तीन दिनों तक पानी निकालने की अनुमति देकर निर्धारित की जाती है। जमीन की सतह पर पॉलीथीन शीट या मोटी पुआल गीली घास फैलाकर वाष्पीकरण को रोका जा सकता है। मिट्टी के अच्छी तरह से भीगने के एक से तीन दिन बाद, पूरे गीले क्षेत्र में समान अंतराल पर मिट्टी की विभिन्न गहराई से बरमा के साथ मिट्टी के नमूने एकत्र किए जाते हैं। नमी की मात्रा गुरुत्वाकर्षण विधि द्वारा निर्धारित की जाती है।
नमी के बराबर:नमी के बराबर को पानी की उस मात्रा कहलाता है जिसे प्रारंभिक संतृप्त मिट्टी सामग्री के एक नमूने द्वारा एक निश्चित अवधि के लिए, आमतौर पर आधे घंटे के लिए गुरुत्वाकर्षण के 1000 गुना केन्द्रापसारक बल के अधीन होने के बाद बनाए रखा जाता है। नमी के बराबर निर्धारित करने के लिए, मिट्टी के एक छोटे से नमूने को गुरुत्वाकर्षण के 1000 गुना केन्द्रापसारक बल के साथ एक सेंट्रीफ्यूज में घुमाया जाता है। नमूने में शेष नमी निर्धारित की जाती है। यह नमी की मात्रा जब शुष्क आधार पर नमी प्रतिशत के रूप में व्यक्त की जाती है, तो नमी के बराबर का मूल्य देती है। मध्यम बनावट वाली मिट्टी में, क्षेत्र क्षमता और नमी के बराबर के मूल्य लगभग बराबर होते हैं। रेतीली मिट्टी में, क्षेत्र क्षमता नमी के बराबर से अधिक हो जाती है। बहुत चिकनी मिट्टी में, क्षेत्र क्षमता आमतौर पर नमी के बराबर से कम होती है।
स्थायी म्लानि प्रतिशत:स्थायी म्लानि प्रतिशत, जिसे स्थायी म्लानि बिंदु या म्लानि गुणांक (wilting co-efficient) के रूप में भी जाना जाता है, मिट्टी की नमी सामग्री है जिस पर पौधे वाष्पोत्सर्जन आवश्यकताओं (transpiration requirements) को पूरा करने के लिए पर्याप्त नमी प्राप्त नहीं कर सकते हैं; और तब तक मुरझाए रहते हैं जब तक कि मिट्टी में पानी न मिला दिया जाए। स्थायी विल्टिंग बिंदु पर मिट्टी के कणों के चारों ओर पानी की फिल्में इतनी कसकर रखी जाती हैं कि मिट्टी के संपर्क में जड़ें पौधों की पत्तियों के विल्टिंग को रोकने के लिए पर्याप्त तीव्र दर से पानी नहीं निकाल सकती हैं। यह एक मिट्टी की विशेषता है, क्योंकि सभी पौधे जिनकी जड़ प्रणालियां पूरी तरह से मिट्टी में प्रवेश करती हैं, आर्द्र वातावरण में किसी विशेष मिट्टी में उगने पर लगभग उसी मिट्टी की नमी सामग्री पर मुरझा जाएंगे।
स्थायी विल्टिंग बिंदु पर मिट्टी की नमी का तनाव 7 से 32 वायुमंडल तक होता है, जो मिट्टी की बनावट, पौधों के प्रकार और स्थिति, मिट्टी के घोल में घुलनशील लवणों की मात्रा और कुछ हद तक जलवायु वातावरण पर निर्भर करता है। चूँकि यह बिंदु तब पहुँचा जाता है जब तनाव में परिवर्तन नमी की मात्रा में थोड़ा परिवर्तन पैदा करता है, स्थायी विल्टिंग बिंदु के रूप में लिए गए तनाव की परवाह किए बिना नमी प्रतिशत में बहुत कम अंतर होता है। इसलिए, 15 वायुमंडल इस बिंदु के लिए आमतौर पर उपयोग किया जाने वाला दबाव है।
विल्टिंग रेंज मिट्टी-नमी सामग्री (soil-moisture content) में वह सीमा है जिसके माध्यम से पौधे सबसे पुरानी पत्तियों के विल्टिंग से सभी पत्तियों के पूर्ण विल्टिंग तक, स्थायी या अपरिवर्तनीय विल्टिंग के प्रगतिशील डिग्री से गुजरते हैं। स्थायी विल्टिंग बिंदु पर, जो इस सीमा के शीर्ष पर है, पौधों का विकास बंद हो जाता है। वृद्धि रुकने के बाद पौधों द्वारा मिट्टी से थोड़ी मात्रा में पानी निकाला जा सकता है, लेकिन जाहिर है पानी केवल धीरे-धीरे अवशोषित होता है और जब तक अधिक पानी उपलब्ध न हो तब तक जीवन को बनाए रखने के लिए पर्याप्त होता है। नमी की मात्रा जिस पर विल्टिंग पूर्ण हो जाती है और पौधे मर जाते हैं, परम विल्टिंग कहलाती है। यद्यपि दो बिंदुओं के बीच मिट्टी में पानी की मात्रा में अंतर छोटा हो सकता है, लेकिन तनाव में बड़ा अंतर हो सकता है। परम विल्टिंग बिंदु पर मिट्टी-नमी तनाव (soil-moisture tension) 60 वायुमंडल तक अधिक हो सकता है।
स्थायी म्लानि प्रतिशत निर्धारित करने की सबसे आम विधि कंटेनरों में संकेतक पौधों को विकसित करना है, आमतौर पर छोटे डिब्बे में, लगभग 600 ग्राम मिट्टी होती है। सूरजमुखी के पौधे का उपयोग आमतौर पर संकेतक पौधे के रूप में किया जाता है। पौधों को मुरझाने की अनुमति दी जाती है और फिर उन्हें स्थायी विल्टिंग के लिए परीक्षण करने के लिए लगभग संतृप्त वातावरण वाले कक्ष में रखा जाता है। कंटेनर में अवशिष्ट मिट्टी की नमी की मात्रा की गणना की जाती है जो स्थायी विल्टिंग प्रतिशत है। 15 वायुमंडल तनाव पर नमी की मात्रा का निर्धारण जो कि स्थायी विल्टिंग बिंदु का आमतौर पर माना जाने वाला मूल्य है, दबाव झिल्ली उपकरण (pressure membrane apparatus - रिचर्ड, 1947) द्वारा किया जा सकता है।
उपलब्ध पानी:क्षेत्र क्षमता और स्थायी विल्टिंग बिंदु के बीच मिट्टी की नमी को आसानी से उपलब्ध नमी कहते हैं। यह पौधों के उपयोग के लिए उपलब्ध नमी है। सामान्य तौर पर, महीन बनावट (fine-textured) वाली मिट्टी में मोटे बनावट वाली मिट्टी की तुलना में क्षेत्र क्षमता और स्थायी विल्टिंग बिंदु के बीच पानी की एक विस्तृत श्रृंखला होती है। इसके विपरीत, गैर-केशिका छिद्र स्थान (non-capillary pore space) के बड़े अनुपात के साथ रेतीली मिट्टी बड़े छिद्रों की प्रबलता के कारण क्षमता की एक संकीर्ण सीमा के भीतर अपना अधिकांश पानी छोड़ती है। विशिष्ट रेतीले दोमट और गाद दोमट मिट्टी के बीच मिट्टी के पानी के तीन प्रकारों और उपलब्ध पानी में अंतर को दर्शाता है। नीचे दी गई तालिका विभिन्न मिट्टी पाठ्य समूहों की उपलब्ध जल धारण क्षमता की सीमा प्रस्तुत करती है। सिंचाई प्रणाली डिजाइन (irrigation system design) के लिए, उगाई जाने वाली फसल के एक परिपक्व पौधे की जड़ प्रणाली के आधार पर मिट्टी की गहराई के लिए कुल उपलब्ध पानी निकाला जाता है।
| मिट्टी का प्रकार | सूखी मिट्टी के वजन के आधार पर नमी का प्रतिशत | मिट्टी की गहराई प्रति उपलब्ध पानी |
|
|---|---|---|---|
| क्षेत्र क्षमता | स्थायी म्लानि प्रतिशत | ||
| महीन रेत | 3-5 | 1-3 | 2-4 |
| रेतीली दोमट | 5-15 | 3-8 | 4-11 |
| गाद दोमट | 12-18 | 6-10 | 6-13 |
| चिकनी दोमट | 15-30 | 7-16 | 10-18 |
| मिट्टी | 25-40 | 12-20 | 16-30 |
मिट्टी के भीतर पानी की गति न केवल घुसपैठ की दर को नियंत्रित करती है, बल्कि पौधों की जड़ों तक नमी की आपूर्ति की दर और झरनों और धाराओं तक भूमिगत प्रवाह की दर और भूजल के पुनर्भरण को भी नियंत्रित करती है। तरल चरण में पानी गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में पानी से भरे छिद्र स्थान से बहता है। मिट्टी के कणों के आसपास की फिल्मों में (असंतृप्त परिस्थितियों में - under unsaturated conditions), यह सतही तनाव बलों के प्रभाव में चलता है। पानी कम वाष्प दबाव के ग्रेडिएंट के साथ हवा से भरे छिद्र स्थानों (air-filled pore spaces) के माध्यम से वाष्प के रूप में भी फैलता है। सभी मामलों में, आंदोलन घटती जल क्षमता के ग्रेडिएंट के साथ होता है।
मिट्टी की सतह से मिट्टी में और उसके माध्यम से सिंचाई के पानी की आवाजाही को पानी का सेवन कहा जाता है। यह घुसपैठ और रिसाव सहित कई कारकों की अभिव्यक्ति है।
टपकना:गुरुत्वाकर्षण के बल की प्रतिक्रिया में संतृप्त या लगभग संतृप्त मिट्टी के माध्यम से पानी के नीचे की ओर गति को टपकना कहा जाता है। रिसाव तब होता है जब पानी दबाव में होता है या जब तनाव ½ वायुमंडल से छोटा होता है। रिसाव दर संतृप्त या निकट संतृप्त स्थितियों के गुणात्मक प्रावधान के साथ घुसपैठ दर का पर्याय है।
अंतर्वाह:इंटरफ्लो कम पारगम्य परत के ऊपर अपेक्षाकृत पारगम्य मिट्टी में पानी का पार्श्व रिसाव है। ऐसा पानी आमतौर पर कम ऊंचाई पर मिट्टी की सतह पर फिर से दिखाई देता है।
रिसाव:रिसाव जलाशय या सिंचाई नहर (irrigation canal) जैसे आपूर्ति के स्रोत से मिट्टी या अधःस्तर में पानी का घुसपैठ (infiltration - लंबवत - vertically) नीचे और पार्श्व आंदोलन है। ऐसा पानी सतह पर गीले धब्बे या रिसाव के रूप में फिर से दिखाई दे सकता है या भूजल में शामिल होने के लिए रिस सकता है या झरनों या धाराओं में उपसतह प्रवाह में शामिल हो सकता है। रिसाव दर जलाशय या नहर की गीली परिधि और पानी को लंबवत और पार्श्व दोनों तरह से संचालित करने की मिट्टी की क्षमता पर निर्भर करती है।
पारगम्यताआंतरिक पारगम्यता शब्द का उपयोग द्रव से स्वतंत्र पारगम्यता कारक के रूप में किया जाता है। हालांकि, यह याद रखना चाहिए कि पानी के लिए मिट्टी मैट्रिक्स की पारगम्यता को बदलने वाले कारक इस मूल्य को प्रभावित करेंगे और इसके उपयोग को रोकेंगे जब तक कि उन्हें अलग से मापा या मूल्यांकन न किया जा सके।
हाइड्रोलिक चालकता:डार्सी के नियम (v=ki, जिसमें v प्रभावी प्रवाह वेग है और i हाइड्रोलिक ढाल है) में हाइड्रोलिक चालकता आनुपातिकता कारक k है। इसलिए, यह इकाई हाइड्रोलिक ढाल पर प्रभावी प्रवाह वेग है और इसमें वेग (velocity - LT-1) के आयाम हैं। k के मान छिद्रपूर्ण माध्यम वाले तरल पदार्थ के गुणों पर निर्भर करते हैं, जैसे मिट्टी की सूजन। जिस मिट्टी में उच्च सरंध्रता और मोटे खुले बनावट होते हैं, उसका हाइड्रोलिक चालकता मूल्य उच्च होता है। समान 'कुल' सरंध्रता वाली दो मिट्टी के लिए, छोटे छिद्रों वाली मिट्टी में बड़े छिद्रों वाली मिट्टी की तुलना में कम चालकता होती है क्योंकि छोटे छिद्रों में प्रवाह के प्रतिरोध के कारण। कई आकारों के छिद्रों वाली मिट्टी पानी का संचालन तेजी से करती है यदि बड़े छिद्र प्रोफ़ाइल के माध्यम से एक सतत पथ बनाते हैं। महीन बनावट (fine-textured) वाली मिट्टी में, हाइड्रोलिक चालकता लगभग पूरी तरह से संरचनात्मक छिद्रों पर निर्भर करती है। कुछ मिट्टी में, कण आपस में जुड़कर लगभग अभेद्य परतें बनाते हैं जिन्हें आमतौर पर हार्डपैन कहा जाता है। अन्य मिट्टी में, बहुत बारीक विभाजित या कोलाइडल सामग्री पानी को अवशोषित करने पर फैलकर एक अभेद्य जिलेटिनस द्रव्यमान बनाती है जो पानी की आवाजाही को प्रतिबंधित करती है।
हाइड्रोलिक सिर:हाइड्रोलिक हेड एक मानक डेटाम के संबंध में वह ऊंचाई है जिस पर मिट्टी में प्रश्न में बिंदु से जुड़े रिसर पाइप या मैनोमीटर में पानी खड़ा होता है। इसमें ऊंचाई सिर, दबाव सिर, और वेग सिर भी शामिल होगा, यदि संवेदन तत्व का टर्मिनल उद्घाटन ऊपर की ओर इशारा करता है। मिट्टी में पानी के गैर-अशांत प्रवाह (non-turbulent flow) के लिए वेग सिर नगण्य है। असंतृप्त मिट्टी में मिट्टी के पानी और मैनोमीटर में पानी के बीच हाइड्रोलिक संपर्क स्थापित करने के लिए एक छिद्रपूर्ण कप का उपयोग किया जाना चाहिए। हाइड्रोलिक हेड में लंबाई (L) के आयाम होते हैं।
हाइड्रोलिक ढाल:हाइड्रोलिक ढाल दूरी के साथ पीजोमेट्रिक या हाइड्रोलिक हेड के परिवर्तन की दर है। भूजल का हाइड्रोलिक ढाल इकाई दूरी में प्रवाह में घर्षण द्वारा खपत किए गए सिर को रिकॉर्ड करता है क्योंकि भूजल प्रवाह में वेग सिर आम तौर पर नगण्य होते हैं।
मिट्टी में पानी का हाइड्रोलिक संतुलन:यह मिट्टी में तरल या फिल्म पानी की शून्य प्रवाह दर के लिए शर्त है। यह स्थिति तब संतुष्ट होती है जब दबाव प्रवणता बल गुरुत्वाकर्षण बल के ठीक बराबर और विपरीत होता है।
पोइसुइल का नियम (Poiseuille’s law) कई अलग-अलग समीकरणों का आधार बनता है जो मिट्टी के छिद्र-आकार वितरण (pore-size distribution) के ज्ञान के लिए हाइड्रोलिक चालकता का निर्धारण करने के लिए विकसित किए गए हैं। छिद्र का आकार उत्कृष्ट महत्व का है, क्योंकि इसकी चौथी शक्ति संतृप्त प्रवाह की दर के समानुपाती है। यह इंगित करता है कि अन्यथा समान परिस्थितियों में संतृप्त प्रवाह छिद्र आकार कम होने पर घट जाता है। आम तौर पर विभिन्न बनावट की मिट्टी में प्रवाह की दर निम्नलिखित क्रम में होती है:
रेत > दोमट > मिट्टी
चूंकि मिट्टी में जल निकासी आगे बढ़ती है और बड़े छिद्रों से पानी खाली हो जाता है, कुल क्षमता में हाइड्रोलिक सिर या गुरुत्वाकर्षण घटक का योगदान उत्तरोत्तर कम महत्वपूर्ण हो जाता है और मैट्रिक क्षमता \( \psi_m \) का योगदान अधिक महत्वपूर्ण हो जाता है। हवा के स्थान की निरंतर प्रकृति के कारण दबाव का प्रभाव आम तौर पर नगण्य होता है। विलेय क्षमता (Solute potential - आसमाटिक क्षमता - osmotic potential) \( \psi_s \) संभावित ढाल को तब तक प्रभावित नहीं करता है जब तक कि मिट्टी में किसी बिंदु पर नमक की असामान्य सांद्रता न हो। विलेय क्षमता का नगण्य प्रभाव इस तथ्य के कारण है कि विलेय और पानी दोनों बढ़ रहे हैं। इस प्रकार, असंतृप्त परिस्थितियों के तहत नमी के क्षण में, क्षमता \( \psi \) (समीकरण 7.28) मैट्रिक क्षमता \( \psi_m \) और कुछ हद तक गुरुत्वाकर्षण क्षमता \( \psi_g \) का योग है। क्षैतिज गति में, केवल \( \psi_m \) लागू होता है। नीचे की ओर गति की स्थिति में, केशिका और गुरुत्वाकर्षण क्षमताएं एक साथ कार्य करती हैं। ऊपर की ओर केशिका गति में \( \psi_m \) और \( \psi_g \) एक दूसरे का विरोध करते हैं। असंतृप्त प्रवाह के लिए (समीकरण 7.28) को फिर से लिखा जा सकता है:
$$v= - k rac{\Delta (\psi_m + \psi_g)}{\Delta I}$$
I की दिशा \( (\psi_m + \psi_g) \) में सबसे बड़े परिवर्तन का पथ है।
असंतृप्त परिस्थितियों में डार्सी का नियम (Darcy’s law) अभी भी लागू होता है लेकिन कुछ संशोधनों और योग्यता के साथ। यह असंतृप्त प्रवाह पर लागू होता है यदि \( k \) को पानी की मात्रा का एक कार्य माना जाता है, यानी \ \) जिसमें \( heta \) मिट्टी की नमी की मात्रा है। जैसे-जैसे मिट्टी की नमी की मात्रा और मिट्टी की नमी क्षमता कम हो जाती है, हाइड्रोलिक चालकता बहुत तेजी से कम हो जाती है, ताकि \( \psi_{soil} \) – 15 बार है, \( k \) संतृप्ति पर मूल्य का केवल \( 10^{-3} \) है। फिलिप (Philip - 1957 a) के अनुसार, चालकता में तेजी से कमी इसलिए होती है क्योंकि बड़े छिद्र पहले खाली हो जाते हैं, जो तरल प्रवाह के लिए उपलब्ध क्रॉस-सेक्शन (cross-section) को बहुत कम कर देता है। जब फिल्मों की निरंतरता टूट जाती है, तो तरल प्रवाह नहीं होता है।
असंतृप्त मिट्टी नमी गति में, जिसे केशिका गति भी कहा जाता है, \( k \) को अक्सर केशिका चालकता कहा जाता है, हालांकि हाइड्रोलिक चालकता शब्द का भी अक्सर उपयोग किया जाता है। असंतृप्त चालकता मिट्टी की नमी की मात्रा के साथ-साथ मिट्टी के छिद्रों की संख्या, आकार और निरंतरता का एक कार्य है। क्षेत्र क्षमता से कम नमी वाले में, केशिका चालकता इतनी कम होती है कि केशिका गति पौधों के विकास के संबंध में बहुत कम या कोई महत्व नहीं रखती है। कई जांचों से पता चला है कि मुक्त जल तालिका से केशिका वृद्धि पौधों के लिए नमी का एक महत्वपूर्ण स्रोत तभी हो सकती है जब मुक्त पानी जड़ क्षेत्र के 60 या 90 सेमी के भीतर हो।
असंतृप्त प्रवाह की आवाजाही रेत में महीन बनावट वाली मिट्टी की तुलना में कम तनाव पर बंद हो जाती है, क्योंकि पानी की फिल्में बड़े कणों के बीच जल्दी निरंतरता खो देती हैं। मिट्टी जितनी गीली होगी, पानी के लिए चालकता उतनी ही अधिक होगी। 'नम सीमा' में, विभिन्न बनावट वाली मिट्टी में असंतृप्त प्रवाह की सीमा निम्न क्रम में होती है:
रेत < दोमट (loam) < मिट्टी (clay)
यह देखा जा सकता है कि यह संतृप्त प्रवाह में सामने आने वाले क्रम के विपरीत है। हालांकि, 'गीली सीमा' में असंतृप्त चालकता संतृप्त चालकता के समान या समान क्रम में होती है।
असंतृप्त मिट्टी में मिट्टी के पानी की आवाजाही में तरल और वाष्प चरण दोनों शामिल हैं। यद्यपि उच्च मिट्टी के पानी में वाष्प स्थानांतरण महत्वहीन है, यह शून्य स्थान बढ़ने पर बढ़ जाता है। लगभग -15 बार की मिट्टी की नमी क्षमता पर, तरल फिल्मों की निरंतरता टूट जाती है और पानी केवल वाष्प के रूप में चलता है। जल वाष्प का प्रसार प्रेरक शक्ति के रूप में वाष्प दबाव प्रवणता के कारण होता है। मिट्टी की नमी की मात्रा और तापमान में वृद्धि के साथ मिट्टी की नमी का वाष्प दबाव बढ़ जाता है, घुलनशील नमक सामग्री में वृद्धि के साथ यह कम हो जाता है।
जल वाष्प गति केवल 'नम सीमा' में महत्वपूर्ण है। 'गीली सीमा' में वाष्प संचलन नगण्य है क्योंकि वहां कुछ लगातार खुले छिद्र हैं। 'सूखी सीमा' में पानी की आवाजाही मौजूद है, लेकिन मिट्टी में इतना कम पानी है कि आवाजाही की दर बहुत कम है।
जल वाष्प गति मिट्टी के भीतर और मिट्टी और वातावरण के बीच भी चलती है, उदाहरण के लिए, वाष्पीकरण (evaporation), संक्षेपण और सोखना। मिट्टी के माध्यम से जल वाष्प के प्रसार की दर छिद्र आकार की परवाह किए बिना प्रभावी सरंध्रता के वर्ग के समानुपाती होती है। मिट्टी के छिद्र जितने बारीक होते हैं, नमी का तनाव उतना ही अधिक होता है जिसके तहत अधिकतम जल वाष्प गति होती है। मोटे बनावट वाली मिट्टी में अपेक्षाकृत कम तनाव पर छिद्र तरल पानी से मुक्त हो जाते हैं और जब मिट्टी सूख जाती है तो वाष्प के हस्तांतरण के लिए थोड़ी नमी बचती है। लेकिन एक महीन बनावट वाली मिट्टी उच्च तनाव पर भी नमी की पर्याप्त मात्रा बरकरार रखती है, जिससे वाष्प हस्तांतरण की अनुमति मिलती है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि मिट्टी में अधिकतम जल वाष्प गति पौधों के विकास और अस्तित्व के लिए सबसे महत्वपूर्ण है।
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