* رابطه بين انرژي و فشار آب
* رابطه بين انرژي و فشار آب
*همانطور که مي دانيد آب موجود در خاک داراي مقادير مختلف انرژي بوده و مقدار انرژي آب را مي توان بر حسب فشار بيان نمود. از طرفي تعيين فشار آب به مراتب آسانتر از تعيين انرژي آن است.
*چنانچه نوک يک لوله موئين را در ظرف آب قرار دهيم آب از لوله بالا رفته و اين عمل تا موقعي که تعادل برقرار شود ادامه پيدا مي نمايد. بالا رفتن آب در داخل لوله موئين به علت وجود نيروهايي بين مولکول هاي آب و جدار شيشه (نيروي ادهيسيون) و همچنين وجود نيروهاي بين مولکولي آب (نيروي کوهيسيون) صورت مي گيرد و باعث مي شود مولکول هاي آب در لوله صعود نمايند، بنابراين فشار آب موجود در لوله هاي موئين و همچنين اهميت اين گونه اطلاعات مورد نظر خاک شناسان مي باشد.
آب ادهيسيون در خاکها
نيروي نگهدارنده اين نوع رطوبت، نيروي بسيار زياد سطحي است که بين ذرات خاک (نيروي الکتريکي) و مولکول هاي آب وجود دارد اين نوع رطوبت عمدتاً به شکل کريستاله بوده و در نتيجه فاقد تحرک بسيار يا داراي تحرک ناچيز و انرژي بسيار کم است. اين رطوبت به صورت يک غشاء نازک متشکل از چند لايه مولکول مي باشد. رطوبت ادهيسيون غيرقابل استفاده براي گياه است. اين رطوبت در ذرات گرد و غبار خشک موجود در هوا هم وجود دارد.
آب کوهيسيون در خاک :
رطوبت کوهيسيون به وسيله نيروي جاذبه اي که از طريق اتصال هيدروژني بين مولکول هاي آب وجود دارد نگه داشته مي شود. اين رطوبت به صورت مايع و به شکل ورقه هاي آب اطراف ذرات خاک و درون ميکروپورها قرار گرفته و تقريباً در حد رطوبتي است که غلظت محلول خاک را مشخص مي کند. قسمت عمده رطوبت قابل استفاده گياه از اين آب تأمين مي گردد. انرژي اين آب به مراتب بيشتر از رطوبت ادهيسيون است.
حرکت آب در خاک غيراشباع
هر گاه خاک اشباعي بتواند زهکشي پيدا کند، آب به سرعت از خلل و فرج درشت خارج شده و هوا جايگزين آن مي گردد. اين رطوبت که تحت تأثيراختلاف پتانسيل ثقلي خارج مي گردد به نام آب ثقلي معروف است و در بيشتر خاکها حدوداً يک روز پس از اشباع خاک از آن خارج مي گردد. پس از خروج اين رطوبت ، آب باقيمانده را رطوبت زراعي مي گويند. بدين ترتيب رطوبت ظرفبيت زراعي حداکثر رطوبتي است که پس از خروج آب ثقلي در خاک باقيمانده و خروج آن از خاک مطلقاً و يا خيلي کم تابع اختلاف پتانسيل ثقلي است.
هنگامي که آب اشباع يا رطوبت ثقلي از خاک خارج گرديد حرکت باقيمانده رطوبت در خاک ( در خاک غير اشباع) به سرعت کاهش پيدا مي کند زيرا آب باقيمانده يا درون خلل و فرج ريز است و يا به صورت غشايي در اطراف ذرات و در تماس با هوا مي باشد. در اين حالت نيروي محرکه آب اختلاف پتانسيل ماتريک خاک مي باشد و با کم شدن پتانسيل ماتريک هدايت آبي خاک به شدت کاهش مي يابد، به طوري که دامنه تغييرات متداول پتانسيل ماتريک خاک، هدايت آبي ممکن است تا10 به توان 6- مرتبه کاهش پيدا کند. بنابراين هنگامي که رطوبت خاک به زير ظرفيت زراعي مي رسد به دليل کاهش شديد هدايت آبي حرکت آب بسيار ناچيز مي گردد.
خلل و فرج خاک ( منافذ خاک)
به طوري که قبلاً گفته شد در يک خاک خوب کشاورزي خلل و فرج آن به طور مساوي از آب و هوا پر شده است. بنابراين در هر خاکي که ميزان اين خلل و فرج دستخوش تغييرات شديد قرار گيرد زندگي گياه به خطر مي افتد. خلل و فرج را بر اساس ريزي و درشتي به دو نوع تقسيم مي کنند. اگر خلل و فرج کوچک باشد micropore و اگر بزرگ باشد macropore گويند. ميکروپورها اختصاص به ذخيره آب و ماکروپورها اختصاص به جريان هوا .
بنابراين در يک خاک خوب کشاورزي مي بايست به يک نسبت مساوي ماکروپور و ميکروپور حجم خاک را تشکيل دهند (25/0 هوا – 25/0 آب) براي مطالعه خلل و فرج دو نکته بايستي مورد مطالعه قرار گيرد:
الف) وزن مخصوص ظاهري خاک
ب) وزن مخصوص حقيقي خاک
الف) وزن مخصوص ظاهري خاک (D)
وزن مخصوص ظاهري عبارت است از وزن واحد حجم خشک خاک در شرايط طبيعي و واحد آن بر حسب گرم بر سانتي متر مکعب است . اصولا اين وزن خاک به ميزان منافذ خاک نسبت عکس دارد . يعني هرچقدر منافذ زيادتر باشد وزن مخصوص ظاهري کمتر خواهد بود. مثلا خاکهاي اسفنجي با منافذ زياد داراي وزن مخصوص کمتري از خاکهاي فشرده اند. بنابراين وزن مخصوص خاکهاي ريزبافت در محدوده 1 الي 3/1 گرم بر سانتي متر مکعب نوسان مي کند در صورتي که در خاک هاي درشت بافت در محدوده 3/1 الي 8/1 گرم بر سانتي متر مکعب است.
علت کمتر بودن وزن مخصوص خاک هاي ريز بافت وجود خاکدانه ها و منافذ بيشتر در خاک است. مثلاً در خاک هاي لومي سيلتي يا لومي رسي که اغلب همراه با مواد آلي بيشتر هستند به علت وجود خاکدانه هاي بيشتر و خلل و فرج زيادتر داراي وزن مخصوص ظاهري کمتر بوده و بين 1 تا 6/1 گرم بر سانتي متر مکعب است در صورتي که در خاک هاي شني به علت نزديک بودن ذراتشان به هم و کاهش منافذ بين آنها داراي وزن مخصوص ظاهري زيادتري هستند که معمولاً در خاک هاي شني و يا شني لومي بين 2 تا 8/1 نوسان دارد.
خاک هاي ريز بافت به علت منافذ زيادتر موقعي داراي وزن مخصوص کمتري هستند که شرايط تشکيل خاکدانه در آن وجود داشته باشد. معمولاً خلل و فرجي در حدود 50 درصد در لايه شخم ( 0 تا 30 سانتي متري) که داراي بافت مناسبي مي باشند فضاي مناسبي را براي آب و هوا تشکيل مي دهند و اين منافذ در خاک هايي ايجاد مي شوند که به طور يک طرفه رسي يا شني نباشند بلکه داراي بافت لومي شني و يا لومي رسي ضعيف با مواد آلي کافي باشند.
در نتيجه عمليات کشاورزي درصد حجم کل منافذ خاک کمتر شده و وزن مخصوص ظاهري زيادتر مي شود و اين مهم است زيرا شخم هاي زياد و متوالي در هواي نامناسب و باراني و مرطوب باعث خراب شدن بافت خاک مي گردد.
به طور کلي عواملي که باعث افزايش منافذ خاک گردند مثل افزايش مواد آلي، احداث مراتع و پوشش گياهي ،.... وزن مخصوص خاک را کاهش مي دهد و بالعکس ماشين آلات سنگين، شخم هاي نامناسب سبب کاهش حجم منافذ و افزايش وزن مخصوص ظاهري مي گردد. وزن مخصوص ظاهري خاک هاي الي کمتر از خاک هاي معدني است و بين 2/0 تا 6/0 گرم بر سانتي متر مکعب نوسان مي کند و ميزان اين وزن مخصوص بستگي به عوامل زير دارد :
1) نوع ماده گياهي
2) درجه تجزيه آن
3) مقدار آب موجود در ماده گياهي
در نتيجه تمام مطالب بيان شده
D = ( P ⁄ V )
D = وزن مخصوص ظاهري بر حسب گرم بر سانتي متر مکعب
V = حجم خاک خشک شده در 105 درجه سانتي گراد در حالت طبيعي بر حسب سانتي متر مکعب
P= وزن خاک خشک در 105 درجه سانتي گراد در حالت طبيعي بر حسب گرم
وزن مخصوص حقيقي خاک D
عبارت است از وزن ذرات خاک در واحد حجم آن و واحد آن گرم بر سانتي متر مکعب است.
بر خلاف وزن مخصوص ظاهري فضاي بين ذرات ارتباطي با وزن مخصوص حقيقي خاک ندارد. وزن مخصوص حقيقي خاک ها بين 60/2 تا 75/2 گرم بر سانتي متر مکعب نوسان دارد که به طور متوسط 65/2 گرم بر سانتي متر مکعب است. اين وزن تقريباً ثابت است چون اغلب کاني هاي موجود در خاک داراي وزن مخصوص در همين محدوده مي باشند. فقط در صورت وجود بعضي از کانيها مثل تورمالين، ماگنتيت و يا هورن بلند ممکن است وزن مخصوص حقيقي اين خاکها به بيش از 75/2 هم برسد علاوه بر اين چون مواد آلي سبک تر از مواد معدني خاک است. بنابراين خاک هاي که محتوي مقدار نسبتاً زيادي مواد آلي است داراي وزن مخصوص حقيقي کمتر است و روي همين اصل وزن مخصوص حقيقي خاک هاي سطح الارض هميشه کمتر از خاک هاي تحت الارض است.
وزن مخصوص برابر است با وزن مطلق خاک تقسيم بر حجم حقيقي خاک
D' = ( P' ⁄ V' )
'D = وزن مخصوص ظاهري بر حسب گرم بر سانتي متر مکعب
'V = حجم خاک خشک شده در 105 درجه سانتي گراد در حالت طبيعي بر حسب سانتي متر مکعب
'P= وزن خاک خشک در 105 درجه سانتي گراد در حالت طبيعي بر حسب گرم
باتوجه به وزن مخصوص حقيقي و وزن مخصوص ظاهري و با استفاده از فرمول ذيل مي توان مقدار درصد خلل و فرج خاک را اندازه بگيريد.
وزن مخصوص ظاهري
درصد خلل وفرج خاک
= 100
×
--------------------------------------------------------------------------------
- 100
وزن مخصوص حقيقي
خاک بايستي خلل و فرج مناسبي براي آب و هوا داشته باشد اگر رسي باشد ميکروپورها زياد و آب زياد و هوا کم است و اگرشني باشد ماکرپورها زياد و هوا زياد و آب کم مي باشد. اندازه گيري خلل و فرج نشان مي دهد که آيا وضع آب و هواي خاک خوب است يا نه ؟
درصد حجم خاک که بوسيله مواد جامد اشغال شده برابر است با حاصل تقسيم وزن مخصوص ظاهري بر وزن مخصوص حقيقي ضرب در 100
يک خاک خوب بايد حجم مواد جامدش حدود 45 درصد باشد. اگر شرايط تشکيل خاکدانه وجود نداشته باشد حجم کل منافذ خاک به 10% حجم نمي رسد. زيرا حجم منافذ ماکرو و ميکرو به طرز قرار گرفتن ذرات خاک يعني خاکدانه ها بستگي دارد و همچنين خاکدانه ها منافذي ايجاد مي کنند که لوله هاي کاپيلاري يا شرائين يا موئين ناميده مي شود.
