13. मृदा के तापीय गुण (THERMAL PROPERTIES OF SOILS)

मृदा के तापीय गुण - मृदा का तापमान - मृदा की वायु - गैसीय विनिमय - पौधों के विकास पर मृदा के तापमान और वायु का प्रभाव (Thermal properties of soils – Soil temperature – Soil air – Gaseous exchange – Influence of soil temperature and air on plant growth)

मृदा के तापीय गुण (Thermal properties of soils)

मिट्टी के तापीय गुण (thermal properties) मिट्टी भौतिकी (soil physics) का एक घटक (component) हैं जिसका इंजीनियरिंग (engineering), जलवायु विज्ञान (climatology) और कृषि (agriculture) में महत्वपूर्ण उपयोग (important uses) पाया गया है।
ये गुण (properties) इस बात को प्रभावित (influence) करते हैं कि मिट्टी के प्रोफाइल (soil profile) में ऊर्जा (energy) कैसे विभाजित (partitioned) होती है।
यद्यपि यह मिट्टी के तापमान (soil temperature) से संबंधित है, यह विकिरण, चालन और संवहन (radiation, conduction and convection) द्वारा पूरे मिट्टी में गर्मी के हस्तांतरण (transfer of heat throughout the soil) से अधिक सटीक रूप से जुड़ा हुआ (more accurately associated) है।

मुख्य मिट्टी के तापीय गुण (Main soil thermal properties):

• वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता (Volumetric heat capacity), SI इकाइयाँ (units): $\text{Jm}^{-3}\text{K}^{-1}$
• तापीय चालकता (Thermal conductivity), SI इकाइयाँ (units): $\text{W.m}^{-1}\text{K}^{-1}$
• तापीय प्रसार (Thermal diffusivity), SI इकाइयाँ (units): $\text{m}^2\text{.s}$

मृदा का तापमान - मृदा की वायु - गैसीय विनिमय (Soil temperature – Soil air – Gaseous exchange)

मृदा का तापमान (Soil Temperature)

मिट्टी का तापमान हवा, पानी और पोषक तत्वों (air, water and nutrients) की तरह ही पौधों के विकास (plant growth) का एक महत्वपूर्ण कारक (important factor) है।
मिट्टी का तापमान नमी (moisture), वातन (aeration), संरचना (structure), माइक्रोबियल और एंजाइम गतिविधियों (microbial and enzyme activities), कार्बनिक पदार्थों के अपघटन की दर (rate of organic matter decomposition), पोषक तत्वों की उपलब्धता (nutrient availability) और अन्य मिट्टी की रासायनिक प्रतिक्रियाओं (other soil chemical reactions) को प्रभावित (influencing) करके पौधों के विकास (plant growth) को प्रत्यक्ष (directly) और अप्रत्यक्ष (indirectly) रूप से प्रभावित करता है।
विशिष्ट फसलें (Specific crops) विशिष्ट मिट्टी के तापमान (specific soil temperatures) के अनुकूल (adapted) होती हैं। सेब (Apple) तब अच्छी तरह बढ़ता है जब मिट्टी का तापमान (soil temperature) लगभग 18°C होता है, मक्का (maize) 25°C, आलू (potato) 16 से 21°C, और इसी तरह (and so on)।

मिट्टी की गर्मी के स्रोत (Sources of soil heat)

मिट्टी के लिए गर्मी के स्रोत (sources of heat) सौर विकिरण (बाहरी) (solar radiation / external), कार्बनिक पदार्थों के माइक्रोबियल अपघटन के दौरान जारी गर्मी (heat released during microbial decomposition of organic matter) और पौधों सहित मिट्टी के जीवों द्वारा श्वसन (respiration by soil organisms including plants) हैं और गर्मी का आंतरिक स्रोत (internal source of heat) पृथ्वी का आंतरिक भाग (interior of the Earth) है - जो नगण्य (negligible) है।

पृथ्वी के वायुमंडल (earth’s atmosphere) तक पहुँचने वाले सौर विकिरण (solar radiation) की दर (rate) को सौर स्थिरांक (solar constant) कहा जाता है और इसका मान $2\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}$ होता है।
इस ऊर्जा (energy) का एक बड़ा हिस्सा (Major part) वायुमंडल (atmosphere) में अवशोषित (absorbed) होता है, पौधों (plants) द्वारा अवशोषित होता है और बिखर (scattered) भी जाता है। इसका केवल एक छोटा हिस्सा (small part) ही मिट्टी (soil) तक पहुंचता है।
तापीय ऊर्जा (Thermal energy) सूर्य से अंतरिक्ष में (across the space) और वायुमंडल (atmosphere) के माध्यम से तापीय अवरक्त विकिरण (thermal infrared radiation) के रूप में प्रेषित (transmitted) होती है।

मिट्टी के तापमान को प्रभावित करने वाले कारक (Factors affecting soil temperature)

औसत वार्षिक मिट्टी का तापमान (average annual soil temperature) औसत वार्षिक हवा के तापमान (mean annual air temperature) से लगभग 1°C अधिक (higher) होता है। मिट्टी का तापमान जलवायु परिस्थितियों (climatic conditions) से प्रभावित होता है। सूर्य से वायुमंडल (atmosphere) के माध्यम से गर्मी के हस्तांतरण (transfer of heat) को प्रभावित करने वाले कारक मिट्टी के तापमान (soil temperature) को भी प्रभावित करते हैं।

पर्यावरणीय कारक (Environmental factors)

सौर विकिरण (Solar radiation): पृथ्वी की सतह (Earth’s surface) पर सूर्य से प्राप्त होने वाली गर्मी की मात्रा (amount of heat) $2\text{ cal cm}^{-2}\text{ min}^{-1}$ है। लेकिन मिट्टी में प्रेषित गर्मी (heat transmitted into soil) की मात्रा बहुत कम (much lower) है। मिट्टी में गर्मी का संचरण (heat transmission) घटना विकिरण (incident radiation) के कोण (angle), अक्षांश (latitude), मौसम (season), दिन के समय (time of the day), ढलान (slope) की स्थिरता और दिशा (steepness and direction) और ऊंचाई (altitude) पर निर्भर (depends) करता है। हवा (air), जल वाष्प (water vapour), बादल (clouds), धूल (dust), धुंध (smog), बर्फ (snow), पौधों के आवरण (plant cover), गीली घास (mulch) आदि द्वारा इन्सुलेशन (insulation) मिट्टी में स्थानांतरित गर्मी की मात्रा (amount of heat transferred) को कम (reduces) कर देता है।

मृदा कारक (Soil factors)

1. मिट्टी की तापीय (ऊष्मा) क्षमता (Thermal / Heat capacity of soil): तापमान (temperature) को 1°C बढ़ाने के लिए आवश्यक ऊर्जा (energy) की मात्रा (amount) को ताप क्षमता (heat capacity) कहा जाता है। जब इसे प्रति इकाई द्रव्यमान (per unit mass - कैलोरी प्रति ग्राम / Calories per gram) व्यक्त (expressed) किया जाता है, तो इसे विशिष्ट ऊष्मा (specific heat) कहा जाता है। पानी (water) की विशिष्ट ऊष्मा $1.00\text{ cal g}^{-1}$ है जहाँ (where) एक सूखी मिट्टी (dry soil) की विशिष्ट ऊष्मा $0.2\text{ cal g}^{-1}$ है। मिट्टी में पानी की मात्रा (water content) बढ़ने से मिट्टी की विशिष्ट ऊष्मा (specific heat) बढ़ जाती है और इसलिए एक नम मिट्टी (moist soil) की तुलना में सूखी मिट्टी (dry soil) जल्दी गर्म (heats up quickly) हो जाती है।
2. वाष्पीकरण की ऊष्मा (Heat of vaporization): मिट्टी से पानी के वाष्पीकरण (evaporation of water) के लिए बड़ी मात्रा में ऊर्जा (large amount of energy), 540 किलोकलरीज $\text{kg}^{-1}$ मिट्टी (540 kilocalories $\text{kg}^{-1}$ soil) की आवश्यकता होती है। मिट्टी का पानी (Soil water) सौर विकिरण (solar radiation) से ऊर्जा (energy) का उपयोग वाष्पीकरण (evaporate) के लिए करता है और इस तरह इसे मिट्टी के गर्म होने (heating up of soil) के लिए अनुपलब्ध (unavailable) कर देता है। साथ ही मिट्टी से ऊष्मीय ऊर्जा (thermal energy) का उपयोग पानी के वाष्पीकरण (evaporation of water) के लिए किया जाता है, जिससे मिट्टी का तापमान (soil temperature) कम (reducing) हो जाता है। यही कारण (reason) है कि सतह की मिट्टी का तापमान (surface soil temperatures) कभी-कभी उप-सतह की मिट्टी के तापमान (sub-surface soil temperature) की तुलना में 1 से 6°C कम (lower) होगा। यही कारण है कि एक गीली मिट्टी (wet soil) की विशिष्ट ऊष्मा (specific heat) सूखी मिट्टी (dry soil) की तुलना में अधिक (higher) होती है।
3. तापीय चालकता और प्रसार (Thermal conductivity and diffusivity): यह मिट्टी में गर्मी की गति (movement of heat in soils) को संदर्भित (refers) करता है। मिट्टी में, ऊष्मा (heat) चालन (conduction) के माध्यम से प्रेषित (transmitted) होती है। ऊष्मा (Heat) मिट्टी से हवा (soil to air) की तुलना में मिट्टी से पानी (soil to water) में लगभग 150 गुना तेज (150 times faster) जाती है। तो सूखी मिट्टी (dry soil) की तुलना में गीली मिट्टी (wet soil) में गर्मी की गति (movement of heat) अधिक होगी, जहां छिद्रों पर हवा का कब्जा (pores will be occupied with air) होगा। मिट्टी बनाने वाले पदार्थों (soil forming materials) की तापीय चालकता (Thermal conductivity) 0.005 तापीय चालकता इकाइयाँ (thermal conductivity units) है, और हवा (air) की 0.00005 इकाइयाँ, पानी (water) की 0.001 इकाइयाँ हैं। एक सूखी और ढीली पैक वाली मिट्टी (dry and loosely packed soil) एक कॉम्पैक्ट मिट्टी (compact soil) और गीली मिट्टी (wet soil) की तुलना में धीमी गति से गर्मी (heat slower) का संचालन (conduct) करेगी।
4. जैविक गतिविधि (Biological activity): मिट्टी के जानवरों, रोगाणुओं और पौधों की जड़ों (soil animals, microbes and plant roots) द्वारा श्वसन (Respiration) से गर्मी विकसित (evolve heat) होती है। जैविक गतिविधि (biological activity) जितनी अधिक होगी मिट्टी का तापमान (soil temperature) उतना ही अधिक होगा।
5. मिट्टी से विकिरण (Radiation from soil): उच्च तापमान वाले पिंडों (High temperature bodies - सूर्य / Sun) से विकिरण लघु तरंगों (short waves - $0.3\text{ to }2.2\,\mu$) में होता है और कम तापमान वाले निकायों (low temperature bodies - मिट्टी / soil) से लंबी तरंगों (long waves - $6.8\text{ to }100\,\mu$) में होता है। लंबे तरंग दैर्ध्य (Longer wavelengths) में जल वाष्प (water vapour), हवा (air) और कांच (glass) को भेदने (penetrate) की क्षमता कम (little ability) होती है और इसलिए रात के घंटों (night hours), बादल वाले दिनों (cloudy days) और कांच के घरों (glass houses) में मिट्टी गर्म (warm) रहती है।
6. मिट्टी का रंग (Soil colour): रंग विशिष्ट तरंग दैर्ध्य (specific wavelengths) के विकिरण के प्रतिबिंब (reflection of radiation) के कारण उत्पन्न (produced) होता है। गहरे रंग की मिट्टी (Dark coloured soils) चमकीले रंग की मिट्टी (bright coloured soils) की तुलना में कम गर्मी (less heat) विकीर्ण (radiate) करती है। आने वाली (आपतित ऊर्जा / incident energy) और बाहर जाने वाली (परावर्तित ऊर्जा / reflected energy) विकिरण (radiation) के बीच के अनुपात (ratio) को एल्बिडो (albedo) कहा जाता है। एल्बिडो (albido) जितना बड़ा होगा, मिट्टी उतनी ही ठंडी (cooler) होगी। खुरदरी सतह वाली मिट्टी (Rough surfaced soil) चिकनी सतह वाली मिट्टी (smooth surface soils) की तुलना में अधिक सौर विकिरण (more solar radiation) को अवशोषित (absorbs) करती है।
   $\text{Albido} = \frac{\text{Reflected energy}}{\text{Incident energy}}$
7. मिट्टी की संरचना, बनावट और नमी (Soil structure, texture and moisture): ढीली मिट्टी (loose soils) की तुलना में कॉम्पैक्ट मिट्टी (Compact soils) में उच्च तापीय चालकता (higher thermal conductivity) होती है। प्राकृतिक संरचनाओं (Natural structures) में अशांत मिट्टी की संरचनाओं (disturbed soil structures) की तुलना में उच्च चालकता (high conductivity) होती है। खनिज मिट्टी (Mineral soils) में जैविक मिट्टी (organic soils) की तुलना में उच्च चालकता (higher conductivity) होती है। सूखी मिट्टी (dry soils) की तुलना में अच्छी चालकता (good conductivity) के कारण नम मिट्टी (Moist soil) में गहराई पर समान तापमान (uniform temperature over depth) होगा।
8. घुलनशील लवण (Soluble salts): अप्रत्यक्ष रूप से (Indirectly) जैविक गतिविधियों (biological activities), वाष्पीकरण (evaporation) आदि को प्रभावित (influencing) करके मिट्टी के तापमान (soil temperature) को प्रभावित करता है।

मृदा की वायु (Soil Air)

मृदा वायु (Soil air) वायुमंडलीय वायु (atmospheric air) का एक निरंतरता (continuation) है। अन्य घटकों (other components) के विपरीत (Unlike), यह मिट्टी के छिद्रों (soil pores) से वायुमंडल (atmosphere) में और वायुमंडल से छिद्र स्थान (pore space) में गति की निरंतर अवस्था (constant state of motion) है।
मिट्टी के द्रव्यमान (soil mass) में हवा की यह निरंतर गति या परिसंचरण (constant movement or circulation) जिसके परिणामस्वरूप इसके घटक गैसों का नवीनीकरण (renewal of its component gases) होता है, उसे मिट्टी वातन (soil aeration) के रूप में जाना जाता है।

मृदा वायु की संरचना (Composition of Soil Air):

मिट्टी की हवा (soil air) में कई गैसें (number of gases) होती हैं जिनमें से नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प (nitrogen, oxygen, carbon dioxide and water vapour) सबसे महत्वपूर्ण (most important) हैं।
मिट्टी की हवा लगातार मिट्टी के छिद्रों (soil pores) से वायुमंडल (atmosphere) में और वायुमंडल से छिद्र स्थान (pore space) में जाती है।
मिट्टी की हवा और वायुमंडलीय हवा (Soil air and atmospheric air) रचनाओं (compositions) में भिन्न (differ) हैं। मिट्टी की हवा (Soil air) में वायुमंडलीय हवा (atmospheric air) की तुलना में कार्बन डाइऑक्साइड (carbon dioxide) का अनुपात बहुत अधिक (much greater proportion) और ऑक्सीजन की मात्रा कम (lesser amount) होती है।
उसी समय (At the same time), मिट्टी की हवा में वायुमंडलीय हवा (atmospheric air) की तुलना में जल वाष्प (water vapour) की मात्रा बहुत अधिक (far great amount) होती है। मिट्टी की हवा में नाइट्रोजन की मात्रा (amount of nitrogen) लगभग वायुमंडल (atmosphere) के समान (same) है।

मिट्टी और वायुमंडलीय हवा की संरचना (Composition of soil and atmospheric air) (मात्रा के अनुसार प्रतिशत / Percentage by volume):

मृदा वायु की संरचना को प्रभावित करने वाले कारक (Factors Affecting the Composition of Soil Air):

1. मिट्टी की प्रकृति और स्थिति (Nature and condition of soil):
   • मिट्टी की हवा में ऑक्सीजन की मात्रा (quantity of oxygen) वायुमंडलीय हवा (atmospheric air) की तुलना में कम (less) होती है।
   • ऑक्सीजन की मात्रा मिट्टी की गहराई (soil depth) पर भी निर्भर (depends) करती है।
   • निचली परत (lower layer) में हवा की ऑक्सीजन सामग्री (oxygen content) आमतौर पर सतह की मिट्टी (surface soil) की तुलना में कम (less) होती है। यह संभवतः उपमृदा (subsoil) की तुलना में सतह की मिट्टी में वायुमंडल (atmosphere) से ऑक्सीजन (oxygen) के अधिक आसानी से प्रसार (more readily diffusion) के कारण है।
   • हल्की बनावट वाली मिट्टी (Light texture soil) या रेतीली मिट्टी (sandy soil) में भारी मिट्टी (heavy soil) की तुलना में बहुत अधिक प्रतिशत (much higher percentage) होता है।
   • $\text{CO}_2$ की सांद्रता (concentration) आमतौर पर (usually) सतह की मिट्टी (surface soil) की तुलना में निचली परत (lower layer) में अधिक सुस्त वातन (more sluggish aeration) के कारण उपमृदा (subsoil) में अधिक (greater) होती है।
2. फसल का प्रकार (Type of crop): पौधों की जड़ों (Plant roots) को ऑक्सीजन (oxygen) की आवश्यकता (require) होती है, जिसे वे मिट्टी की हवा (soil air) से लेते हैं और मिट्टी की हवा में ऑक्सीजन की सांद्रता (concentration of oxygen) को कम (deplete) करते हैं। जिन मिट्टी पर फसलें उगाई जाती हैं (Soils on which crops are grown) उनमें परती भूमि (fallow lands) की तुलना में अधिक $\text{CO}_2$ (more $\text{CO}_2$) होता है। $\text{CO}_2$ की मात्रा आमतौर पर दूर (further away) की तुलना में पौधों की जड़ों (roots of plants) के पास बहुत अधिक (much greater) होती है। यह जड़ों द्वारा श्वसन (respiration by roots) के कारण हो सकता है।
3. माइक्रोबियल गतिविधि (Microbial activity): मिट्टी में सूक्ष्मजीवों (microorganisms) को श्वसन (respiration) के लिए ऑक्सीजन (oxygen) की आवश्यकता होती है और वे इसे मिट्टी की हवा (soil air) से लेते हैं और इस प्रकार मिट्टी की हवा में इसकी सांद्रता (concentration) को कम (deplete) करते हैं। कार्बनिक पदार्थों का अपघटन (Decomposition of organic matter) माइक्रोबियल गतिविधि (microbial activity) में वृद्धि (increased) के कारण $\text{CO}_2$ पैदा (produces) करता है। इसलिए (Hence), कार्बनिक पदार्थों से भरपूर मिट्टी (soils rich in organic matter) में $\text{CO}_2$ का प्रतिशत अधिक (higher percentage) होता है।
4. मौसमी भिन्नता (Seasonal variation): ऑक्सीजन की मात्रा (quantity of oxygen) आमतौर पर मानसून (monsoon) की तुलना में शुष्क मौसम (dry season) में अधिक (higher) होती है। चूंकि गर्मी के महीनों (summer months) के दौरान मिट्टी आम तौर पर सूख (drier) जाती है, इसलिए इस अवधि (period) के दौरान गैसीय विनिमय (gaseous exchange) का अवसर (opportunity) अधिक (greater) होता है। इसके परिणामस्वरूप (results) अपेक्षाकृत उच्च $\text{O}_2$ (relatively high $\text{O}_2$) और निम्न $\text{CO}_2$ (low $\text{CO}_2$) स्तर होता है। तापमान (Temperature) मिट्टी की हवा में $\text{CO}_2$ की मात्रा (content) को भी प्रभावित (influences) करता है। गर्मी के मौसम (summer season) में उच्च तापमान (High temperature) सूक्ष्मजीव गतिविधि (microorganism activity) को प्रोत्साहित (encourages) करता है जिसके परिणामस्वरूप $\text{CO}_2$ का अधिक उत्पादन (higher production) होता है।

मिट्टी और वायुमंडल के बीच गैसों का आदान-प्रदान (Exchange of Gases between Soil and Atmosphere)

मिट्टी और वायुमंडल (soil and the atmosphere) के बीच गैसों का आदान-प्रदान (exchange of gases) दो तंत्रों (two mechanisms) द्वारा सुगम (facilitated) है:

1. द्रव्यमान प्रवाह (Mass flow): हर बारिश (rain) या सिंचाई (irrigation) के साथ, मिट्टी की हवा (soil air) का एक हिस्सा वायुमंडल (atmosphere) में बाहर (moves out) चला जाता है क्योंकि यह आने वाले पानी (incoming water) से विस्थापित (displaced) हो जाता है। जैसे-जैसे वाष्पीकरण और वाष्पोत्सर्जन (evaporation and transpiration) से नमी नष्ट (moisture is lost) होती है, वायुमंडलीय हवा (atmospheric air) मिट्टी के छिद्रों (soil pores) में प्रवेश (enters) करती है। मिट्टी के तापमान (soil temperature) में भिन्नता (variations) मिट्टी की हवा के तापमान (temperature of soil air) में बदलाव (changes) का कारण (cause) बनती है। जैसे ही मिट्टी की हवा (soil air) दिन के दौरान गर्म (heated) होती है, यह फैलती (expands) है और विस्तारित हवा (expanded air) वायुमंडल (atmosphere) में बाहर (moves out) चली जाती है। दूसरी ओर (On the other hand), जब मिट्टी ठंडी होने लगती है (begins to cool), तो मिट्टी की हवा सिकुड़ (contracts) जाती है और वायुमंडलीय हवा (atmospheric air) अंदर आ (drawn in) जाती है।
2. प्रसार (Diffusion): मिट्टी में अधिकांश गैसीय विनिमय (Most of the gaseous interchange) प्रसार (diffusion) द्वारा होता है। वायुमंडलीय और मिट्टी की हवा (Atmospheric and soil air) में नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, कार्बन डाइऑक्साइड (nitrogen, oxygen, carbon dioxide) आदि जैसी कई गैसें (number of gases) होती हैं, जिनमें से प्रत्येक अपनी एकाग्रता (concentration) के अनुपात (proportion) में अपना आंशिक दबाव (partial pressure) डालती (exerts) है।
   प्रत्येक गैस की गति (movement of each gas) आंशिक दबाव (partial pressure) द्वारा नियंत्रित (regulated) होती है जिसके तहत यह मौजूद (exists) है। यदि मिट्टी की हवा (soil air) में वायुमंडलीय हवा (atmospheric air) की तुलना में गैसों (यानी कार्बन डाइऑक्साइड / $\text{CO}_2$) में से किसी एक पर आंशिक दबाव (partial pressure) अधिक (greater) है, तो यह ($\text{CO}_2$) वायुमंडल (atmosphere) में बाहर (moves out) चली जाती है। इसलिए, मिट्टी की हवा (soil air) में $\text{CO}_2$ की सांद्रता (concentration) अधिक (more) है।
   दूसरी ओर (On the other hand), मिट्टी की हवा में ऑक्सीजन (oxygen) का आंशिक दबाव (partial pressure) कम (low) होता है, क्योंकि मिट्टी की हवा में मौजूद ऑक्सीजन (oxygen present) का उपयोग जैविक गतिविधियों (biological activities) के परिणामस्वरूप (as a result) किया जाता है। वायुमंडलीय हवा (atmospheric air) में मौजूद ऑक्सीजन (ऑक्सीजन का आंशिक दबाव अधिक है / partial pressure of $\text{O}_2$ is greater) इसलिए, संतुलन स्थापित होने तक (till equilibrium is established) मिट्टी की हवा (soil air) में फैल (diffuses) जाती है। इस प्रकार (Thus), प्रसार (diffusion) मिट्टी की हवा (soil air) और वायुमंडलीय हवा (atmospheric air) के बीच गैसों (gases) के व्यापक आंदोलन और निरंतर परिवर्तन (extensive movement and continual change) की अनुमति (allows) देता है। ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड (Oxygen and carbon dioxide) दो महत्वपूर्ण गैसें (important gases) हैं जो प्रसार (diffusion) में भाग (take) लेती हैं।

मिट्टी वातन का महत्व (Importance of Soil Aeration):

1. पौधे और जड़ का विकास (Plant and root growth): मिट्टी वातन (Soil aeration) पौधों के सामान्य विकास (normal growth of plants) में एक महत्वपूर्ण कारक (important factor) है। स्वस्थ पौधों के विकास (healthy plant growth) के लिए पर्याप्त मात्रा (adequate quantities) में जड़ों (roots) को ऑक्सीजन की आपूर्ति (supply of oxygen) और मिट्टी के वायुमंडल (soil atmosphere) से $\text{CO}_2$ को हटाना (removal) बहुत आवश्यक (very essential) है।
   जब ऑक्सीजन की आपूर्ति अपर्याप्त (inadequate) होती है, तो पौधों की वृद्धि (plant growth) या तो मंद (retards) हो जाती है या पूरी तरह से बंद (ceases completely) हो जाती है क्योंकि संचित $\text{CO}_2$ (accumulated $\text{CO}_2$) पौधों की जड़ों के विकास (growth of plant roots) में बाधा (hampers) डालती है। जड़ के विकास (root development) पर अपर्याप्त वातन (insufficient aeration) का असामान्य प्रभाव (abnormal effect) जड़ वाली फसलों (root crops) पर सबसे अधिक ध्यान देने योग्य (most noticeable) है। इन पौधों की असामान्य रूप से आकार की जड़ें (Abnormally shaped roots) कॉम्पैक्ट और खराब हवादार मिट्टी (compact and poorly aerated soils) पर आम (common) हैं। जड़ (root) का प्रवेश (penetration) और विकास (development) खराब (poor) होता है। ऐसी अविकसित जड़ प्रणाली (undeveloped root system) मिट्टी से पर्याप्त नमी और पोषक तत्वों (sufficient moisture and nutrients) को अवशोषित नहीं (cannot absorb) कर सकती है।
2. सूक्ष्मजीव आबादी और गतिविधि (Microorganism population and activity): मिट्टी में रहने वाले सूक्ष्मजीवों (microorganisms living in the soil) को भी श्वसन और चयापचय (respiration and metabolism) के लिए ऑक्सीजन (oxygen) की आवश्यकता (require) होती है। कुछ महत्वपूर्ण माइक्रोबियल गतिविधियां (microbial activities) जैसे कार्बनिक पदार्थों का अपघटन (decomposition of organic matter), नाइट्रिफिकेशन (nitrification), सल्फर ऑक्सीकरण (Sulphur oxidation) आदि मिट्टी की हवा (soil air) में मौजूद ऑक्सीजन (oxygen) पर निर्भर (depend) करती हैं। मिट्टी में हवा (ऑक्सीजन) की कमी (deficiency of air / oxygen) माइक्रोबियल गतिविधि (microbial activity) की दर (rate) को धीमा (slows down) कर देती है।
   उदाहरण के लिए (For example), कार्बनिक पदार्थों का अपघटन (decomposition of organic matter) मंद (retarded) हो जाता है और नाइट्रिफिकेशन (nitrification) रुक (arrested) जाता है। खराब वातन (poor aeration) से सूक्ष्मजीवों की आबादी (microorganism population) भी काफी प्रभावित (drastically affected) होती है।
3. विषाक्त सामग्री का निर्माण (Formation of toxic material): खराब वातन (Poor aeration) के परिणामस्वरूप मिट्टी में विष (toxin) और अन्य हानिकारक पदार्थों (other injurious substances) जैसे फेरस ऑक्साइड (ferrous oxide), $\text{H}_2\text{S}$ गैस ($\text{H}_2\text{S}$ gas), $\text{CO}_2$ गैस ($\text{CO}_2$ gas) आदि का विकास (development) होता है।
4. जल और पोषक तत्वों का अवशोषण (Water and nutrient absorption): ऑक्सीजन की कमी (deficiency of oxygen) को पौधों द्वारा पोषक तत्वों और पानी के अवशोषण (nutrient and water absorption) की जांच (check) करने के लिए पाया गया है। श्वसन की ऊर्जा (energy of respiration) का उपयोग (utilized) पानी और पोषक तत्वों के अवशोषण (absorption of water and nutrients) में किया जाता है। खराब वातन स्थिति (poor aeration condition - यह स्थिति तब उत्पन्न हो सकती है जब मिट्टी पानी से भर जाती है / when soil is water logged) के तहत, पौधे पानी और पोषक तत्वों की कमी (water and nutrient deficiency) प्रदर्शित (exhibit) करते हैं।
5. पौधों के रोगों का विकास (Development of plant diseases): मिट्टी के अपर्याप्त वातन (Insufficient aeration) से बीमारियों (diseases) का विकास (development) भी होता है। उदाहरण के लिए (For example), चने का उकठा (wilt of gram) और खट्टे (citrus) और आड़ू (peach) का डाइबैक (dieback)।

पौधों के विकास पर मृदा के तापमान और वायु का प्रभाव (Influence of soil temperature and air on plant growth)

पौधों के विकास पर मिट्टी के तापमान का प्रभाव (Effect of soil temperature on plant growth)

1. पौधों की मृदा तापमान आवश्यकताएँ (Soil temperature requirements of plants): पौधों की मिट्टी की तापमान आवश्यकताएं (soil temperature requirements) प्रजातियों (species) के साथ भिन्न (vary) होती हैं। जिस तापमान पर एक पौधा पनपता (thrives) है और सबसे अच्छी वृद्धि (best growth) पैदा करता है उसे इष्टतम सीमा (optimum range - तापमान / temperature) कहा जाता है। तापमान की पूरी सीमा (entire range) जिसके तहत एक पौधा बढ़ सकता (can grow) है जिसमें इष्टतम सीमा (optimum range) शामिल है, विकास सीमा (growth range) कहलाती है। अधिकतम और न्यूनतम तापमान (maximum and minimum temperatures) जिसके बाद (beyond which) पौधे की मृत्यु (will die) हो जाएगी, उत्तरजीविता सीमा (survival limits) कहलाते हैं।
   
   

   सीमा (Range)	मक्का (Maize) (°C)	गेहूँ (Wheat) (°C)
   इष्टतम सीमा (Optimum range)	25 - 35	15 - 27
   विकास सीमा (Growth range)	10 - 39	5 - 35
   उत्तरजीविता सीमा (Survival limits)	0 - 43	0 - 43

2. मृदा जल और पौधों के पोषक तत्वों की उपलब्धता (Availability of soil water and plant nutrients): पानी की मुक्त ऊर्जा (free energy of water) तापमान (temperature) के साथ बढ़ती (increases) है। विल्टिंग बिंदु सीमा (wilting point limit) तक, मिट्टी के गर्म होने (warming of soil) से पानी की उपलब्धता (water availability) बढ़ जाती है जिसके बाद (beyond which) यह कम (decreases) हो जाती है। कम तापमान (Low temperatures) पोषक तत्वों की उपलब्धता (nutrient availability), माइक्रोबियल गतिविधियों (microbial activities) और जड़ों की वृद्धि (root growth) और शाखाओं (branching) को कम (reduce) कर देता है। कम तापमान पर पौधों द्वारा पोषक तत्वों और पानी (nutrients and water) को अवशोषित (absorb) करने की क्षमता कम (reduces) हो जाती है।

मृदा तापमान प्रबंधन (Soil temperature management)

• जैविक और सिंथेटिक मल्च का उपयोग (Use of organic and synthetic mulches): गीली घास (Mulches) मिट्टी को गर्म गर्मी (hot summer) में ठंडा (cooler) और ठंडी सर्दियों (cool winter) में गर्म (warm) रखती है।
• मृदा जल प्रबंधन (Soil water management): आर्द्र समशीतोष्ण क्षेत्र (humid temperate region) में उच्च नमी सामग्री (High moisture content) मिट्टी के तापमान (soil temperature) को कम (lowers) करती है।
• जुताई प्रबंधन (Tillage management): प्राकृतिक संरचना (natural structure) को तोड़ने (break) के लिए मिट्टी की जुताई (Tilling soil) गर्मी चालन (heat conductance) और गर्मी के नुकसान (heat loss) को कम (reduces) करती है। एक अत्यधिक कॉम्पैक्ट मिट्टी (highly compact soil) ढीली भुरभुरी मिट्टी (loose friable soil) की तुलना में तेजी से (faster) गर्मी खो (looses heat) देती है।
• मृदा तापमान मापने के तरीके (Methods of measuring soil temperature): सुरक्षा कवच (protective cover) के साथ विभिन्न लंबाई, आकार और आकार (different lengths, shapes and sizes) के पारा मिट्टी थर्मामीटर (Mercury soil thermometers) तापमान (temperature) को मापने (measure) के लिए विभिन्न गहराई (different depths) पर दफन (buried) किए जाते हैं। थर्मो कपल (Thermo couple) और थर्मिस्टर आधारित उपकरण (thermister based devices) भी उपलब्ध (available) हैं। इन्फ्रा-रेड थर्मो मीटर (Infra-red thermo meters) सतह की मिट्टी के तापमान (surface soil temperature) को मापते हैं। स्वचालित निरंतर मिट्टी थर्मोग्राफ (Automatic continuous soil thermographs) समय के पैमाने (time scale) पर मिट्टी के तापमान (soil temperatures) को रिकॉर्ड (record) करते हैं। अंतर्राष्ट्रीय मौसम विज्ञान संगठन (International Meteorological Organization) 10, 20, 50 और 100 सेमी पर मिट्टी के तापमान (soil temperatures) को मापने (measure) के लिए मानक गहराई (standard depths) की सिफारिश (recommends) करता है।