11. मिट्टी द्वारा जल का प्रतिधारण (RETENTION OF WATER BY SOIL)

मिट्टी द्वारा जल का प्रतिधारण (Retention of Water by Soil)

मिट्टी अपने कोलाइडल गुणों और एकत्रीकरण गुणों के कारण पानी (नमी) को धारण करती है।
पानी कोलाइड और अन्य कणों की सतह पर और छिद्रों में रखा जाता है। जल निकासी रुकने के बाद मिट्टी में पानी को बनाए रखने के लिए जिम्मेदार बल सतह के तनाव और सतह के आकर्षण के कारण होते हैं और इसे सतह नमी तनाव कहा जाता है।
यह नमी प्रतिधारण संबंधों में ऊर्जा अवधारणा को संदर्भित करता है। जिस बल के साथ पानी को रोका जाता है उसे सक्शन भी कहा जाता है।

मिट्टी में पानी को निम्नलिखित तरीकों से बनाए रखा जाता है (The water retained in the soil by following ways):

1. सामंजस्य और आसंजन बल:

   ये दो मूल बल मिट्टी में जल प्रतिधारण के लिए जिम्मेदार हैं। एक दूसरे के लिए अणुओं का आकर्षण अर्थात सामंजस्य (cohesion) है। दूसरा मिट्टी की ठोस सतह (solid surface of soil) के लिए पानी के अणुओं का आकर्षण है अर्थात आसंजन (adhesion)।
   आसंजन से, ठोस पदार्थ (मिट्टी) (solids / soil) पानी के अणुओं को अपने मिट्टी-पानी के इंटरफेस (soil - water interfaces) पर कठोरता से पकड़ते हैं। ये पानी के अणु परिवर्तिते में सामंजस्य से पकड़ते हैं। एक साथ, ये बल मिट्टी के ठोस पदार्थों (soil solids) के लिए पानी को बनाए रखना संभव बनाते हैं।

   
   आसंजन (Adhesion)

   
   सामंजस्य

2. सतह तनाव:

   यह घटना आमतौर पर पानी-हवा के इंटरफेस (water- air interfaces) पर प्रमाणित होती है। पानी ऐसा व्यवहार करता है मानो इसकी सतह एक खींची हुई लोचदार झिल्ली से ढकी हो।
   सतह पर, पानी के अणुओं के लिए हवा का आकर्षण एक दूसरे के लिए पानी के अणुओं की तुलना में बहुत न्यून है। नतीजतन, सतह के अणुओं पर एक शुद्ध नीचे की ओर बल होता है, जिसके परिणामस्वरूप सतह पर एक प्रकार की संपीड़ित फिल्म (झिल्ली) होती है। इस घटना को सतह तनाव कहा जाता है।

3. ध्रुवता या द्विध्रुवीय चरित्र:

   मिट्टी के मिसेल की सतह पर पानी के अणुओं का प्रतिधारण पानी के अणु के द्विध्रुवीय चरित्र पर आधारित है। पानी के अणु इलेक्ट्रोस्टैटिक बल द्वारा धारण किए जाते हैं जो कोलाइडल कणों की सतह पर मौजूद होता है।
   अपने द्विध्रुवीय चरित्र के आधार पर और इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों के प्रभाव में, पानी के अणु मिट्टी के कणों की सतह पर एक विशेष तरीके से उन्मुख (व्यवस्थित) हो जाते हैं।

   प्रत्येक पानी का अणु नकारात्मक और सकारात्मक दोनों आवेश वहन करता है। मिट्टी का कण नकारात्मक रूप से आवेश होता है। पानी के अणु का सकारात्मक सिरा मिट्टी की नकारात्मक रूप से आवेश की गई सतह से जुड़ जाता है और इसके नकारात्मक सिरे को बाहर की ओर छोड़ देता है।
   इस तरह से मिट्टी की सतह से जुड़े पानी के अणु नकारात्मक शुल्क की एक परत प्रस्तुत करते हैं जिससे उन्मुख पानी के अणुओं की एक और परत जुड़ी होती है।
   जब तक पानी के अणु उन्मुख होते हैं, तब तक क्रमिक आणविक परतों की संख्या बढ़ती जाती है। जैसे-जैसे आणविक परत मोटी होती जाती है, अभिविन्यास कमजोर होता जाता है, और कण की सतह से एक निश्चित दूरी पर पानी के अणु उन्मुख होना बंद कर देते हैं और केशिका पानी (तरल पानी) दिखाई देने लगता है।

मिट्टी के कणों की सतह (surface of soil particles) द्वारा लगाए गए सोखने (आकर्षण) के बलों के कारण, पानी मिट्टी की सतह (soil surface) पर जुड़ जाता है।
गुरुत्वाकर्षण का बल भी एक साथ कार्य करता है, जो इसे नीचे की ओर खींचने की कोशिश करता है। सतह का बल गुरुत्वाकर्षण के बल से बहुत अधिक होता है इसलिए पानी मिट्टी के कण (soil particle) से जुड़ा रह सकता है।
परिणामी बल के परिमाण के आधार पर, पानी मिट्टी के कण से जुड़ा रहता है या निचली परतों में नीचे की ओर चला जाता है।

संभावनाएं

मृदा जल क्षमता (Soil water potential)

मिट्टी में पानी का प्रतिधारण और संचलन, पौधों में इसका तेज और स्थानांतरण और वायुमंडल में इसका नुकसान सभी ऊर्जा से संबंधित घटनाएं हैं।
जितनी अधिक मजबूती से पानी मिट्टी में रखा जाता है, उतनी ही अधिक गर्मी (ऊर्जा) की आवश्यकता होती है।
दूसरे शब्दों में, यदि नम मिट्टी (moist soil) से पानी निकालना है, तो सोखने वाले बलों के खिलाफ काम करना होगा।
इसके विपरीत, जब मिट्टी द्वारा पानी सोख लिया जाता है, तो नकारात्मक काम किया जाता है। आंदोलन एक ऐसे क्षेत्र से होता है जहां पानी की मुक्त ऊर्जा अधिक (high - खड़ा पानी / standing water table) होती है, जहां मुक्त ऊर्जा न्यून (low - सूखी मिट्टी / dry soil) होती है। इसे मृदा जल ऊर्जा अवधारणा (soil water energy concept) कहा जाता है।

पानी के लिए मिट्टी के ठोस पदार्थों की मुक्त ऊर्जा (Free energy of soil solids for water) प्रभावित होती है:

1. मैट्रिक (ठोस) बल: यानी पानी के लिए मिट्टी के ठोस पदार्थों का आकर्षण (attraction of the soil solids for water - सोखना / adsorption) जो सजाए गए पानी के अणुओं की मुक्त ऊर्जा (गति) को काफी न्यून कर देता है।
2. आसमाटिक बल: यानी नमी की मुक्त ऊर्जा (free energy of soil solution) को न्यून करने के लिए पानी के लिए आयनों और अन्य विलेय का आकर्षण।
3. मैट्रिक और आसमाटिक क्षमताएं नकारात्मक हैं और मिट्टी के पानी (soil water) के मुक्त ऊर्जा स्तर को न्यून करती हैं। इन नकारात्मक संभावनाओं को सक्शन या तनाव कहा जाता है।
4. गुरुत्वाकर्षण बल: यह मिट्टी के पानी पर कार्य करता है, आकर्षण पृथ्वी के केंद्र की ओर है, जो पानी को नीचे की ओर खींचता है। यह बल हमेशा सकारात्मक होता है।

मिट्टी के पानी और शुद्ध मुक्त पानी की ऊर्जा अवस्थाओं के बीच के अंतर को मिट्टी के पानी की क्षमता के रूप में जाना जाता है।
कुल जल क्षमता (Total water potential - $Pt$) गुरुत्वाकर्षण क्षमता ($Pg$), मैट्रिक क्षमता ($Pm$) और आसमाटिक क्षमता या विलेय क्षमता ($Po$) के योगदान का निर्माण / तैयारी है।

$Pt = Pg + Pm + Po$

संभावित शुद्ध पानी और मिट्टी के पानी के मुक्त ऊर्जा स्तरों में अंतर का प्रतिनिधित्व करता है। मिट्टी का पानी गुरुत्वाकर्षण बल, मिट्टी के ठोस (मैट्रिक) की उपस्थिति (presence of soil solid) और विलेय से प्रभावित होता है।

मृदा नमी स्थिरीकृतीकृतांक (Soil moisture constants)

पहले के वर्गीकरण ने मृदा जल को गुरुत्वाकर्षण, केशिका और हीड्रोस्कोपिक जल में विभाजित किया था। हीड्रोस्कोपिक और केशिका जल दी गई स्थिति के तहत मिट्टी के साथ संतुलन में हैं।
हीड्रोस्कोपिक गुणांक और अधिकतम केशिका क्षमता दो संतुलन बिंदु हैं जब मिट्टी में क्रमशः हीड्रोस्कोपिक और केशिका जल की अधिकतम मात्रा होती है।
पानी की वह मात्रा जो एक मिट्टी इन संतुलन बिंदुओं में से प्रत्येक पर रखती है, उसे मिट्टी की नमी स्थिरीकृतीकृतांक (soil moisture constant) के रूप में जाना जाता है।

इसलिए, मृदा नमी स्थिरीकृतीकृतांक निश्चित मिट्टी की नमी संबंध (definite soil moisture relationship) और क्षेत्र में मिट्टी की नमी बनाए रखने का प्रतिनिधित्व करता है।
पानी के तीन वर्ग (three classes of water - गुरुत्वाकर्षण, केशिका और हीड्रोस्कोपिक) हालांकि बहुत व्यापक हैं और क्षेत्र की स्थितियों के तहत मौजूद मिट्टी - पानी के संबंधों (soil - water relationships) का सटीक प्रतिनिधित्व नहीं करते हैं।

यद्यपि अधिकतम केशिका क्षमता केशिका जल की अधिकतम मात्रा का प्रतिनिधित्व करती है जो एक मिट्टी रखती है, केशिका जल का पूरा भाग पौधों के उपयोग के लिए उपलब्ध नहीं होता है।
इसका एक हिस्सा, हीड्रोस्कोपिक गुणांक के करीब इसकी निचली सीमा पर पौधों द्वारा उपयोग नहीं किया जाता है। इसी तरह केशिका जल का एक हिस्सा इसकी ऊपरी सीमा पर पौधों के उपयोग के लिए भी उपलब्ध नहीं है।
इसलिए मृदा-पादप-जल संबंधों (soil-plant-water relationships) को व्यक्त करने के लिए दो और मृदा स्थिरीकृतीकृतांक (two more soil constants), अर्थात् क्षेत्र क्षमता (field capacity) और विल्टिंग गुणांक पेश किए गए हैं, क्योंकि यह क्षेत्र की स्थितियों के तहत मौजूद पाया जाता है।

1. क्षेत्र क्षमता

मान लें (Assume) कि पानी मिट्टी की सतह पर लगाया जाता है। पानी के नीचे की ओर बढ़ने के साथ सभी मैक्रो और माइक्रो छिद्र भर जाते हैं।
मिट्टी को पानी के संबंध में संतृप्त कहा जाता है और यह अधिकतम जल धारण क्षमता या अधिकतम प्रतिधारण क्षमता पर है। यह मिट्टी में रखे गए पानी की मात्रा है जब सभी छिद्र भर जाते हैं।
कभी-कभी, मिट्टी में पानी लगाने के बाद सभी गुरुत्वाकर्षण जल निकल जाता है, और फिर गीली मिट्टी (wet soil) लगभग समान रूप से नम होती है।
इस स्तर पर मिट्टी द्वारा रखे गए पानी की मात्रा को उस मिट्टी की क्षेत्र क्षमता या सामान्य नमी क्षमता के रूप में जाना जाता है। यह गुरुत्वाकर्षण के बल के नीचे की ओर खिंचाव के खिलाफ पानी को बनाए रखने की मिट्टी की क्षमता (capacity of the soil) है।
इस स्तर पर केवल माइक्रोप्रोर्स या केशिका छिद्र पानी से भरे होते हैं और पौधे अपने उपयोग के लिए पानी को अवशोषित करते हैं। क्षेत्र क्षमता पर पानी 1/3 वायुमंडल के बल के साथ रखा जाता है। क्षेत्र क्षमता पर पानी पौधों और सूक्ष्मजीवों के लिए आसानी से उपलब्ध है।

2. विल्टिंग गुणांक (मुर्झाने का गुणांक)

जैसे-जैसे नमी की मात्रा गिरती है, एक बिंदु आ जाता है जब पानी मिट्टी के कणों (soil particles) द्वारा इतनी मजबूती से पकड़ लिया जाता है कि पौधों की जड़ें इसे खींचने में असमर्थ हो जाती हैं।
पौधा मुर्झाने लगता है। इस अवस्था में भले ही पौधे को संतृप्त वातावरण में रखा जाए, लेकिन जब तक मिट्टी में पानी नहीं लगाया जाता है, यह अपनी टर्जिडिटी वापस नहीं पाता है और मुर्झा जाता है।
जिस अवस्था में यह होता है उसे विल्टिंग बिंदु कहा जाता है और इस अवस्था में मिट्टी द्वारा रखे गए पानी की प्रतिशत मात्रा को विल्टिंग गुणांक के रूप में जाना जाता है।
यह उस बिंदु को दर्शाता है जिस पर मिट्टी पौधे को पानी की आपूर्ति करने में असमर्थ है। विल्टिंग गुणांक पर पानी 15 वायुमंडल के बल के साथ रखा जाता है।

3. हीड्रोस्कोपिक गुणांक

हीड्रोस्कोपिक गुणांक आर्द्रता (50% सापेक्ष आर्द्रता / relative humidity) और तापमान (15°C) की मानक स्थितियों के तहत 100 ग्राम सूखी मिट्टी (100 g of dry soil) द्वारा अवशोषित हीड्रोस्कोपिक पानी की अधिकतम मात्रा है।
यह तनाव 31 वायुमंडल के बल के बराबर है। इस तनाव पर पानी पौधे को उपलब्ध नहीं होता है लेकिन कुछ जीवाणुओं को उपलब्ध हो सकता है।

4. उपलब्ध जल क्षमता (Available water capacity)

क्षेत्र क्षमता तक पहुँचने के लिए विल्टिंग बिंदु पर मिट्टी पर लागू होने वाले (apply to a soil) पानी की मात्रा को "उपलब्ध" पानी (available water) कहा जाता है।
मिट्टी की जल आपूर्ति शक्ति उपलब्ध पानी की मात्रा से संबंधित है जो एक मिट्टी रख सकती है।
उपलब्ध पानी क्षेत्र क्षमता (- 0.3 बार) पर पानी की मात्रा और स्थायी विल्टिंग बिंदु (- 15 बार) पर पानी की मात्रा के बीच का अंतर है।

5. अधिकतम जल धारण क्षमता

इसे अधिकतम प्रतिधारण क्षमता के रूप में भी जाना जाता है। यह मिट्टी में नमी की मात्रा है जब इसके छिद्र स्थान सूक्ष्म और वृहद केशिका दोनों पूरी तरह से पानी से भर जाते हैं।
यह मिट्टी के कुल छिद्र स्थान (total pore space of soil) का एक मोटा माप है। मृदा नमी तनाव (Soil moisture tension) 1/100 वें से 1/1000 वें वायुमंडल या pF 1 से 0 के बीच बहुत न्यून होता है।

6. स्टिकी पॉइंट नमी

यह मिट्टी की नमी की मात्रा (moisture content of soil) को दर्शाता है जिस पर यह अब किसी विदेशी वस्तु से नहीं चिपकती है।
स्टिकी पॉइंट (sticky point) अधिकतम नमी सामग्री का प्रतिनिधित्व करता है जिस पर एक मिट्टी भुरभुरी रहती है। स्टिकी पॉइंट नमी मान मिट्टी के नमी समकक्ष के लगभग भिन्न होते हैं।

मृदा जल क्षमता (Soil water capacity)

नमी समतुल्य

इसे आधे घंटे के लिए गुरुत्वाकर्षण के 1000 गुना केन्द्रापसारक बल के अधीन एक सेंटीमीटर मोटी नम मिट्टी की परत द्वारा रखे गए पानी के प्रतिशत के रूप में परिभाषित किया गया है।

तालिका: मृदा नमी स्थिरीकृतीकृतांक और तनाव और pF की सीमा (Table: Soil moisture constants and range of tension and pF)

मृदा नमी और तनाव के बीच संबंध (Relationship between soil moisture and tension)